三維X射線顯微成像系統在地質方面的應用

2020-10-30

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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。

 

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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

 

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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。

 

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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。

 

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Vosges砂巖樣品上高分辨率切片

0.3微米體素尺寸

 

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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。

 

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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

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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

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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℃

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備注:文章和圖片由Bruker提供

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