I ricercatori del Paul Scherrer Institute PSI hanno migliorato un metodo per la diffusione di raggi X a piccolo angolo (SAXS) a tal punto che ora può essere utilizzato nello sviluppo o nel controllo di qualità di nuovi compositi rinforzati con fibre. Ciò significa che in futuro, tali materiali possono essere studiati non solo con raggi X provenienti da sorgenti particolarmente potenti come la Swiss Light Source SLS, ma anche con quelli dei tubi a raggi X convenzionali. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Nuovi compositi rinforzati con fibre stanno diventando sempre più importanti come materiali stabili e leggeri. Un esempio di questo tipo di composito sono i polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), che vengono utilizzati nella costruzione di aeromobili o nella costruzione di auto da corsa di Formula 1 e biciclette sportive. Le proprietà di questi materiali dipendono in larga misura da come sono allineate le minuscole fibre e da come sono disposte e incorporate nel materiale circostante, influenzando la meccanica, ottico, o comportamento elettromagnetico dei compositi.

Per studiare l'orientamento della fibra in tali compositi, i ricercatori devono guardarci dentro. Si potrebbe usare lo scattering di raggi X a piccolo angolo (SAXS), sfruttando il fatto che i raggi X si diffondono quando penetrano nella materia. Il modello di dispersione risultante può quindi essere utilizzato per ottenere informazioni sull'interno di un campione e potenzialmente sull'orientamento delle fibre. Però, i comuni metodi SAXS hanno lo svantaggio di essere piuttosto lenti:possono essere necessarie fino a diverse ore per scansionare campioni di dimensioni centimetriche con la risoluzione richiesta.

Osservare l'annodatura di un nastro in fibra di carbonio

Ricercatori dell'Istituto Paul Scherrer PSI e ETH di Zurigo, insieme ai colleghi dell'EPF Losanna e della società spin-off danese Xnovo Technology, sono ora riusciti a sviluppare ulteriormente la tecnologia per applicazioni pratiche. "Il fattore decisivo è stato l'installazione di una serie di lenti a raggi X dietro il campione. Ciò consente di rilevare più modelli di diffusione locale che riflettono la struttura spaziale interna di un campione con un solo colpo di raggi X, permettendoci di acquisire un gran numero di immagini consecutive, "dice Matias Kagias, l'inventore del metodo e ricercatore post-dottorato nel gruppo di tomografia a raggi X del PSI diretto da Marco Stampanoni. Come prova di principio, i ricercatori hanno utilizzato il nuovo metodo per visualizzare l'orientamento delle fibre in un nastro in fibra di carbonio durante il processo di annodatura. Hanno acquisito proiezioni di raggi X risolte nel tempo a una velocità di 25 immagini al secondo per un periodo di 11 secondi.

Sono possibili applicazioni in medicina e sicurezza

Il nuovo metodo funziona non solo con i raggi X provenienti da strutture di sincrotrone come la Swiss Light Source SLS, ma anche con fasci di tubi a raggi X convenzionali. Perciò, afferma il prof. Marco Stampanoni, "si prevede che questo nuovo approccio troverà applicazioni pratiche nei dispositivi medici e nei test non distruttivi, nonché nell'area della sicurezza interna".

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .