新方法增强了X射线显微镜检测微小缺陷的能力

X射线显微镜对于检查部件和材料至关重要，因为它们可用于检测材料中的变化和细节。然而，到目前为止，很难在图像中检测到小裂纹或微小夹杂物。

亥姆霍兹赫里昂中心的研究人员开发了一种新方法，使他们能够直观地看到纳米范围内的此类变化。特别是材料研究和质量保证将从这一发展中受益。

质量在材料科学中非常重要。当金属部件焊接在一起时，您需要知道焊缝是否良好，或者内部是否形成了可能导致故障的小裂纹或孔隙。高性能材料(例如电动汽车电池或燃料电池中的电极)不应包含缺陷，并且应允许电流不受干扰地流动。

为了更好地了解材料变化的影响并检测可能的缺陷，人们早已使用 X 射线来可视化材料中的缺陷。在传统的 X 射线图像中，结构是通过 X 射线的衰减而可见的。然而，这通常不足以检测非常小或低密度的结构。

将成像与散射相结合

现如今，来自 Imke Greving 博士研究小组的研究人员 Sami Wirtensohn 和 Silja Flenner 博士利用一种新方法成功地使这种纳米级的微小结构可见。与传统的 X 射线图像不同，他们不使用衰减光本身，而是使用被 X 射线照射的物体散射的光，这些光会偏向不同的方向。

《Optica》杂志上发表的这项研究的第一作者 Wirtensohn 解释说：“纳米级结构(例如微小裂缝)会散射光线，这种散射是可见的。”这使得通常难以或不可能看到的细节和结构变得清晰可见。

“该方法甚至可以使低于 X 射线显微镜分辨率的结构可见，”发起该项目的弗伦纳解释道。

新方法的挑战在于，研究人员必须在一定程度上抑制物体的衰减光，以便散射图像变得可见。因此，在 X 射线显微镜中，他们使用光学元件来重定向 X 射线光，使射线遵循已知的模式。

然后可以通过安装光圈来阻挡这些 X 射线束。另一方面，散射光在穿透样品时会改变方向，并可以通过光圈。这首次产生了具有纳米分辨率的所谓暗场图像。

Wirtensohn 说道：“这为我们提供了一幅图像，其中的纳米结构由于散射而非常清晰可见。”

少许努力，大影响

对于材料研究来说，这是不费吹灰之力就能获得的成果。“这是第一次，一种可以在 X 射线显微镜中轻松实现的暗场成像实用方法问世，”Greving 说道，他是德国电子同步加速器 (DESY) Hereon 成像光束线 P05 的 X 射线显微镜团队负责人。

这种X射线显微镜在大型同步加速器(即所谓的粒子加速器)中运行，全球只有几十台这样的加速器。这些加速器可以很容易地加装光圈，以实现暗视野显微镜检查。

这是值得的，因为未来公司或材料研究人员将能够更好地寻找材料中的微小缺陷和瑕疵。