三維X射線顯微成像系統在地質方面的應用

2020-10-30

原位機械性能測試

使用原位的壓縮，拉伸和溫度樣品平臺，可以在掃描室內部實現機械性能實驗。通過這種方式，樣品的結構與力學性能之間的相關性就可以得到更詳細的研究。

Bruker的XRM可提供高達4.4kN的機械測試平臺和原位溫度控制樣品臺，溫度可從室溫下40℃到攝氏85度。

使用MTS3加壓平臺原位加載Noyant石灰巖樣品

SKYSCAN 1275 - 10微米體素尺寸

孔徑分布(微米)                                           顆粒尺寸分布(微米)

Bentheim砂巖的孔徑（左）和顆粒（右）尺寸分布

SKYSCAN 1275 - 5微米體素尺寸

定量分析地質材料的結構特性

XRM可以進行結構參數的3D定量分析，比如孔隙度，粒度，功能定位以及局部厚度。所有這些參數都可以通過Bruker XRM自主研發的軟件工具進行計算和直觀的查看。

Bentheim砂巖經歷4個潤濕/蒸發的循環過程，在內部和外部鹽殼層形成過程的可視化

SKYSCAN1275 - 5微米體素尺寸

動態過程的成像和分析

XRM可以用于跟蹤動態過程。緩慢的變化過程可以通過掃描不同穩定狀態下的樣品來監控（延時CT），快速的變化過程可以通過快速掃描即將掃描獲取時間降至65秒來研究（實時CT）。

如有必要，不同時間所獲取的同一樣品的數據集可以通過3D圖像分析軟件DataViewer得到精準的對齊。

Vosges砂巖樣品上高分辨率切片

0.3微米體素尺寸

使用 SKYSCAN2211  20微米體素尺寸掃描大的石灰巖巖心

覆蓋多種長度范圍的成像和分析

使用Bruker XRM，對于小尺寸樣品的真實空間分辨率可以達到500nm，從而使巖石和沉積物樣本的孔隙度特征得以在小的細節上得到表征。

使用同樣的設備，直徑高達20cm的大樣品可以在較低分辨率下分析。而長尺寸樣品的掃描可以根據旋轉軌跡自動拼接多個掃描完成，或者通過螺旋掃描來實現。

Micro-CT - micro-XRF 40mm直徑地質巖心的混合物組成分布

Micro-CT: SKYSCAN 2211 - 25微米體素尺寸，micro-XRF: Burker M4 Tornado

無比的兼容性

XRM的數據可以和Bruker其他成像技術比如微區XRF或者掃描電鏡-能譜儀相結合。此外，其他方法，比如壓汞孔隙度分析法和X-射線衍射來實現完整的結構和化學成分表征。

使用Bruker XRM的Dataviewer軟件，通過不同方式得到的圖像可以在合成3D。得到的結果數據可以通過CTVox的體積渲染軟件包實時直接地查看。

使用不同模式獲得的圖像可以在3D中對齊。使用體繪制包CTVOX，可以同時顯示結果數據

SKYSCAN 1272 - 高分辨臺式XRM

• 11或16 MP 大尺寸CCD探測器

• 小像素尺寸低至0.35微米

• 每張切片圖片高達200MP像素

• InstaRecon-世界上快的重構算法

• 16位樣品切換進樣位置

SKYSCAN 1275-快速自動臺式micro-CT

• 低至4微米的像素尺寸精度

• 一鍵式按鈕控制的自動化操作

• 樣品尺寸可達96mm(直徑) X 200mm(高度)

• 高度精確的螺旋重構掃描

• 16位樣品切換進樣位置

SKYSCAN 原位測試平臺

• 壓力高可達4400N

• 大拉伸力可達440N

• 可降溫至室溫下40℃

• 可加熱高至85℃

備注：文章和圖片由Bruker提供