三維X射線(xiàn)顯微鏡（3D XRM）在紙張纖維微觀(guān)結構表征中的應用

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)）交織結合而成的，具有多孔性網(wǎng)狀的微觀(guān)結構。其中，作為紙張主要稱(chēng)為的植物纖維，對絕大多數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(guān)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(xiàn)顯微鏡是一種可以在無(wú)損檢測的前提下表征樣品內部真實(shí)三維空間結構的全新手段，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為例，介紹一下該設備在紙張微觀(guān)結構表征中的應用。Skyscan1272的極限圖像分辨率可達450nm，擅長(cháng)中小尺寸樣品的高分辨成像，因此，其非常適合紙張微觀(guān)結構的三維表征。

— 紙張樣品

— 普通吸收襯度成像	— 吸收襯度+相位檢索還原成像
— 三維渲染圖像（纖維）
— 三維渲染圖像（纖維/藍色、孔隙/紅色）
— 三維渲染圖像（區分連通孔（灰色）與單獨孔隙（彩色））
— 孔徑分布定量分析結果及三維空間分布表征

從上面的相關(guān)實(shí)驗結果中，我們可以看到，3D XRM可以比較清楚地表征出紙張樣品內纖維結構的交織情況，而且針對比較細的纖維結構，我們可以通過(guò)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用于其他樣品中輕質(zhì)元素的成像表征。

在3D XRM的實(shí)驗結果中，我們不但能夠獲得相應的圖像數據，同時(shí)還可以獲得相關(guān)的定量分析結果。例如，此案例中，我們可以針對紙張纖維網(wǎng)狀結構中存在的孔隙部分，進(jìn)行孔隙率、孔徑分布等計算，并將此結果導入到三維體渲染軟件中并通過(guò)顏色編碼使其圖像化。當然，我們的分析軟件還支持針對每個(gè)孔隙個(gè)體進(jìn)行相應的定量分析，以得到每個(gè)孔隙的具體數據、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(jìn)行相關(guān)的定量分析，如纖維長(cháng)度、直徑、體積、纖維取向等等，這取決于客戶(hù)的具體要求。

另外，隨著(zhù)CT技術(shù)的不斷發(fā)展，我們的3D XRM設備已經(jīng)能夠不只是針對靜態(tài)樣品進(jìn)行測試，輔以相應的原位臺，還可以在多場(chǎng)耦合如加載變溫、力學(xué)的條件下，對樣品內部結構的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)原位動(dòng)態(tài)成像。