Applicando un nuovo metodo, tecnologi e scienziati dei materiali saranno in grado di ottenere in modo accurato e non distruttivo informazioni sulla microstruttura e la funzionalità dei materiali trasparenti inclusi i cristalli singoli, bicchieri, e ceramiche. L'articolo è stato pubblicato su Giornale di leghe e composti .

Gli scienziati della Far Eastern Federal University (FEFU) hanno utilizzato un modello matematico unico per calcolare i dati delle immagini 3D dei difetti nel volume dei materiali funzionali trasparenti. La serie iniziale di dati sperimentali è stata ottenuta tramite microscopia confocale a scansione laser (CLSM), un tipo speciale di microscopia ottica leggera. La soluzione è di grande importanza per i tecnologi e gli scienziati dei materiali.

"Le caratteristiche funzionali dei materiali trasparenti (cristalli, bicchieri, ceramiche) sono in gran parte determinati dalla loro porosità residua. Così, l'efficienza del laser dei campioni di ceramica è la stessa dei cristalli singoli e dei vetri commerciali se la concentrazione dei pori residua scende al di sotto <10-4 percento in volume. Sono valori estremamente bassi. La visualizzazione della porosità residua con tassi così bassi richiede sforzi tecnici speciali e metodi affidabili per la loro valutazione quantitativa, " ha detto Denis Kosyanov, ricercatore senior presso la Scuola di Scienze Naturali, FFU.

Secondo il co-autore Alexander Zakharenko, esistono diverse tecniche per visualizzare la struttura volumetrica dei materiali. Tra questi ci sono la tomografia computerizzata a raggi X (TC), tomografia a fascio ionico focalizzato (FIP), scansione laser confocale (CLS), ecc. Tuttavia, Il metodo TC richiede una sorgente di radiazione di sincrotrone, e la FIP è distruttiva per l'oggetto in studio e quindi non può sondare la stessa area due volte.

“Il metodo non distruttivo CLSM ci permette di caratterizzare qualitativamente e velocemente un materiale trasparente con la costruzione di un modello 3D per la distribuzione dei difetti nel suo volume. Variando la lunghezza d'onda della radiazione laser applicata, possiamo controllare il possibile volume di scansione dell'oggetto e la soglia dimensionale per rilevare i difetti, da decine di nanometri a diversi micron, " ha detto Alexander Zakharenko, un ricercatore senior presso la FEFU.

Il coautore Alexey Zavjalov ha affermato che tutti i metodi di visualizzazione noti forniscono solo una valutazione qualitativa della microstruttura dei materiali. Un problema chiave per il team FEFU è stato lo sviluppo di un metodo per quantificare la porosità dei materiali trasparenti utilizzando i dati della microscopia.

"È necessario chiarire che le micrografie forniscono informazioni solo su un certo taglio del campione. Tuttavia, le dimensioni dei pori al taglio non riflettono le loro dimensioni reali. Se si usa un'approssimazione sferica, la dimensione dei pori sul taglio coinciderà con la dimensione effettiva solo se il taglio passa esattamente attraverso il centro del poro. Però, per la stragrande maggioranza dei pori, il taglio passerà sopra o sotto i loro centri. Abbiamo anche tenuto conto che si possono formare sezioni di uguale dimensione per pori di diverso diametro. Questi giudizi sono stati alla base del nostro modello matematico di ripristino della dimensione dei pori distribuita nel materiale secondo i dati sperimentali delle loro dimensioni al taglio del campione, " ha detto Alexey Zavjalov, ricercatore presso il Dipartimento Accademico di Tecnologie Nucleari della FEFU.

"Applicando la microscopia CLS in combinazione con il metodo originale di calcolo dei dati sperimentali, abbiamo imparato a determinare correttamente la quantità e la dimensione della porosità dei materiali funzionali trasparenti. In particolare, usando l'esempio della ceramica laser 1-4 al percento Nd3 +:YAG con un livello noto di funzionalità, abbiamo confrontato il nostro approccio con i metodi conosciuti in tutto il mondo e ne abbiamo mostrato la massima efficienza. Come risultato del nostro lavoro, è diventato possibile recuperare le caratteristiche degli oggetti ad alta densità a un nuovo livello, migliorando così la precisione delle tecnologie della loro creazione, ", ha detto Denis Kosjanov.