紙張是一種特殊的材料，其是由纖維（主要是植物纖維）和其他固體顆粒（如膠料、填料和助劑等物質(zhì)）交織結(jié)合而成的，具有多孔性網(wǎng)狀的微觀結(jié)構(gòu)。其中，作為紙張主要稱為的植物纖維，對絕大多數(shù)紙張的性能起到了決定性作用，因此針對紙張植物纖維的相關(guān)微觀表征就顯得尤為重要了。
而在眾多的方法中，3D XRM，即三維X射線顯微鏡是一種可以在無損檢測的前提下表征樣品內(nèi)部真實三維空間結(jié)構(gòu)的全新手段，具有不可替代的優(yōu)勢和潛力。
本文中，我們將以德國布魯克公司的Skyscan1272這一桌面型高分辨顯微成像系統(tǒng)為例，介紹一下該設(shè)備在紙張微觀結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用。Skyscan1272的極限圖像分辨率可達(dá)450nm，擅長中小尺寸樣品的高分辨成像，因此，其非常適合紙張微觀結(jié)構(gòu)的三維表征。
— 紙張樣品
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| — 普通吸收襯度成像 | — 吸收襯度+相位檢索還原成像 |
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| — 三維渲染圖像（纖維） | |
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| — 三維渲染圖像（纖維/藍(lán)色、孔隙/紅色） | |
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— 三維渲染圖像（區(qū)分連通孔（灰色）與單獨孔隙（彩色）） | |
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| — 孔徑分布定量分析結(jié)果及三維空間分布表征 | |
從上面的相關(guān)實驗結(jié)果中，我們可以看到，3D XRM可以比較清楚地表征出紙張樣品內(nèi)纖維結(jié)構(gòu)的交織情況，而且針對比較細(xì)的纖維結(jié)構(gòu)，我們可以通過相位檢索還原的成像方法提升這一部分的成像，這一方法同樣可以應(yīng)用于其他樣品中輕質(zhì)元素的成像表征。
在3D XRM的實驗結(jié)果中，我們不但能夠獲得相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，同時還可以獲得相關(guān)的定量分析結(jié)果。例如，此案例中，我們可以針對紙張纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中存在的孔隙部分，進行孔隙率、孔徑分布等計算，并將此結(jié)果導(dǎo)入到三維體渲染軟件中并通過顏色編碼使其圖像化。當(dāng)然，我們的分析軟件還支持針對每個孔隙個體進行相應(yīng)的定量分析，以得到每個孔隙的具體數(shù)據(jù)、如體積、取向、比表面積、等效直徑、球形度等。而針對纖維部分，我們同樣可以進行相關(guān)的定量分析，如纖維長度、直徑、體積、纖維取向等等，這取決于客戶的具體要求。
另外，隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展，我們的3D XRM設(shè)備已經(jīng)能夠不只是針對靜態(tài)樣品進行測試，輔以相應(yīng)的原位臺，還可以在多場耦合如加載變溫、力學(xué)的條件下，對樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化情況進行實時原位動態(tài)成像。
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