Aplicando um novo método, tecnólogos e cientistas de materiais serão capazes de rapidamente, obter informações precisas e não destrutivas sobre a microestrutura e a funcionalidade de materiais transparentes, incluindo cristais únicos, copos, e cerâmica. O artigo foi publicado no Jornal de ligas e compostos .

Cientistas da Far Eastern Federal University (FEFU) usaram um modelo matemático único para calcular os dados de imagens 3-D de defeitos no volume de materiais funcionais transparentes. O conjunto inicial de dados experimentais foi obtido por meio de microscopia confocal de varredura a laser (CLSM), um tipo especial de microscopia ótica de luz. A solução é de grande importância para tecnólogos e cientistas de materiais.

"As características funcionais dos materiais transparentes (cristais, copos, cerâmica) são amplamente determinados por sua porosidade residual. Assim, a eficiência do laser de amostras de cerâmica é a mesma que para cristais únicos e vidros comerciais se a concentração residual de poros cair abaixo <10-4 por cento em volume. Esses são valores extremamente baixos. A visualização da porosidade residual com taxas tão baixas requer esforços técnicos especiais e métodos confiáveis ​​para sua avaliação quantitativa, "disse Denis Kosyanov, pesquisador sênior da Escola de Ciências Naturais, FEFU.

De acordo com o co-autor Alexander Zakharenko, existem várias técnicas para visualizar a estrutura volumétrica dos materiais. Entre eles estão a tomografia computadorizada de raios-X (TC), tomografia por feixe de íons focalizado (FIP), varredura confocal a laser (CLS), etc. No entanto, O método CT requer uma fonte de radiação síncrotron, e o FIP é destrutivo para o objeto em estudo e, portanto, não pode sondar a mesma área duas vezes.

“O método CLSM não destrutivo nos permite caracterizar qualitativa e rapidamente um material transparente com a construção de um modelo 3-D para a distribuição dos defeitos em seu volume. Ao variar o comprimento de onda da radiação laser aplicada, podemos controlar o volume de varredura possível do objeto e o limite de tamanho para detectar defeitos - de dezenas de nanômetros a vários mícrons, "disse Alexander Zakharenko, pesquisador sênior da FEFU.

O co-autor Alexey Zavjalov disse que todos os métodos de visualização conhecidos fornecem apenas uma avaliação qualitativa da microestrutura dos materiais. Uma questão chave para a equipe FEFU foi o desenvolvimento de um método para quantificar a porosidade de materiais transparentes usando dados de microscopia.

“É preciso esclarecer que as micrografias fornecem informações apenas sobre um determinado corte da amostra. os tamanhos dos poros no corte não refletem seu tamanho real. Se usarmos uma aproximação esférica, o tamanho do poro no corte coincidirá com o tamanho real apenas se o corte passar exatamente pelo centro do poro. Contudo, para a grande maioria dos poros, o corte vai passar acima ou abaixo de seus centros. Também levamos em consideração que seções de tamanhos iguais podem ser formadas para poros de diâmetros diferentes. Esses julgamentos foram a base de nosso modelo matemático de restauração do tamanho de poro distribuído no material de acordo com os dados experimentais de seus tamanhos no corte da amostra, "disse Alexey Zavjalov, Pesquisadora do Departamento Acadêmico de Tecnologias Nucleares da FEFU.

"Ao aplicar a microscopia CLS em combinação com o método original de cálculo de dados experimentais, aprendemos como determinar corretamente a quantidade e o tamanho da porosidade de materiais funcionais transparentes. Em particular, usando o exemplo de cerâmica a laser 1-4 no percentual Nd3 +:YAG com um nível conhecido de funcionalidade, comparamos nossa abordagem com os métodos conhecidos mundialmente e mostramos sua eficiência máxima. Como resultado do nosso trabalho, tornou-se possível recuperar características de objetos de alta densidade em um novo nível, aumentando assim a precisão das tecnologias de sua criação, "disse Denis Kosyanov.