Matias Kagias fixa uma amostra em uma pinça para posicioná-la no caminho do raio-X. Crédito:Instituto Paul Scherrer / Mahir Dzambegovic
Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI aprimoraram um método para espalhamento de raios X de pequeno ângulo (SAXS) a tal ponto que agora pode ser usado no desenvolvimento ou controle de qualidade de novos compósitos reforçados com fibra. Isso significa que, no futuro, tais materiais podem ser investigados não apenas com raios-X de fontes especialmente poderosas, como a Swiss Light Source SLS, mas também com os de tubos convencionais de raios-X. Os pesquisadores publicaram seus resultados na revista Nature Communications .
Os novos compósitos reforçados com fibras estão se tornando cada vez mais importantes como materiais estáveis e leves. Um exemplo deste tipo de compósito são os polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRP), que são usados na construção de aeronaves ou na construção de carros de corrida de Fórmula 1 e bicicletas esportivas. As propriedades desses materiais dependem em grande medida de como as pequenas fibras estão alinhadas e como elas estão dispostas e incorporadas no material circundante, influenciando o mecânico, óptico, ou comportamento eletromagnético dos compósitos.
Para investigar a orientação da fibra em tais compósitos, os pesquisadores devem olhar para dentro deles. Pode-se usar espalhamento de raios-X de pequeno ângulo (SAXS), explorando o fato de que os raios X são espalhados quando penetram na matéria. O padrão de espalhamento resultante pode então ser usado para obter informações sobre o interior de uma amostra e, potencialmente, a orientação das fibras. Contudo, os métodos SAXS comuns têm a desvantagem de serem bastante lentos:pode levar várias horas para digitalizar amostras de centímetros com a resolução necessária.
Matias Kagias (à esquerda) e Marco Stampanoni na frente do aparelho com o qual examinaram os compósitos usando o método de raios-X recém-desenvolvido. Ambos seguram uma das peças de trabalho que foram radiografadas. Crédito:Instituto Paul Scherrer / Mahir Dzambegovic
Observando o nó de uma fita de fibra de carbono
Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI e ETH Zurique, juntamente com colegas da EPF Lausanne e da empresa spin-off dinamarquesa Xnovo Technology, agora conseguiram desenvolver ainda mais a tecnologia para aplicações práticas. “O fator decisivo foi que instalamos uma série de lentes de raios-X atrás da amostra. Isso torna possível detectar vários padrões de espalhamento local que refletem a estrutura interna espacial de uma amostra com apenas um disparo de raio-X, permitindo-nos tirar um grande número de imagens consecutivas, "diz Matias Kagias, o inventor do método e pesquisador de pós-doutorado no grupo de tomografia de raios-X PSI liderado por Marco Stampanoni. Como prova de princípio, os pesquisadores usaram o novo método para exibir a orientação das fibras em uma fita de fibra de carbono durante o processo de amarração. Eles adquiriram projeções de raios-X resolvidas no tempo a uma taxa de 25 imagens por segundo durante um período de 11 segundos.
Aplicações em medicina e segurança são concebíveis
O novo método funciona não apenas com raios-X de instalações síncrotron como o Swiss Light Source SLS, mas também com feixes de tubos convencionais de raios-X. Portanto, diz o Prof. Marco Stampanoni, "espera-se que esta nova abordagem encontre aplicações práticas em dispositivos médicos e testes não destrutivos, bem como na área de segurança interna."
Os pesquisadores publicaram seus resultados na revista Nature Communications .
