Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

4D Computed Tomography of Porous Materials

Alternativ tittel: 4D tomografi av porøse materialer

Tildelt: kr 9,0 mill.

Dataassistert mikroskopi er et tverrfaglig anvendt forskningsområde som involverer fysikk, matematikk og datateknologi. I 4D-CT prosjektet ønsker vi å videreutvikle og bruke både røntgen-CT og avansert lysmikroskopi til å lage kvantitative 3D-filmer av tidsavhengige prosesser i porøse materialer. Porøse materialer er svært viktige for samfunnet og har relevans til energi og miljø, olje og gass, vannforsyning, materialvitenskap og biologi. Eksperimentelle metoder som kan bidra til å forstå de komplekse egenskapene til porøse materialer, er derfor etterspurt. Mikroskopi i 3D tas i bruk i stadig flere fagfelt, men det er store utfordringer ved 4D mikroskopi (3D + tid): tidsoppløsningen blir for dårlig, og/eller datamengden blir så stor at den er vanskelig å håndtere (terabyte). I 2020 har vi fortsatt arbeidet fra 2019 både ved USN (Institutt for mikroteknologi) og ved NTNU (Institutt for fysikk og Institutt for datateknologi), selv om koronapandemien har framtvunget noen endringer. Flere eksperimenter har måtte gjennomføres i hjemme-laboratoriene våre på bekostning av synkrotroneksperimenter. Like fullt har vi publisert et in-situ synkrotron CT-studium av virkningen CO2 har på sement (Chavez et al, 2020). Vi er i ferd med å publisere et studium av grenseflaten mellom bein og brusk, også basert på synkrotron-CT, hvor vi har lyktes med å rekonstruere retningsfordelingen til beinmineralene i 3D (Murer et al, 2020). Høyoppløste nøytron radiografi-målinger har blitt gjort ved Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) laboratoriet ved TU Munich. På hjemme-lab har vi lyktes med å utvikle hurtig CT, som i praksis reduserer måletiden for et tomogram fra typisk en time til ca. ett minutt. I det kommende året vil vi bruke dette oppsettet til å studere tidsoppløste væskestrømninger i porøse medier. Nye algoritmer for lysmikroskopi basert på såkalt Fourier-ptychografi har også blitt utviklet (under publisering). Resultatene er lovende: store histologiske prøveareal har blitt avbildet med kvantitativ fasekontrast og høy oppløsning. Et særlig positivt aspekt ved 4D-CT prosjektet er de mange relaterte aktivitetene vi har med eksterne partnere, i form av nye anvendelser, nye prosjekter og ny vitenskap.

Computational microscopy is a hot topic in optics, promising to revolutionize the image forming process by actively employing sophisticated computer algorithms. High-resolution microscopy has until recently been synonymous with expensive, heavy and bulky hardware. In the X-ray regime, the lack of high-quality objective lenses has during the last decade prompted the development of lens-less imaging, based on retrieving images from coherent diffraction patterns. In this project, we shall further develop Fourier Ptychography (FP), which is a coherent imaging method relying on synthesizing a high-bandwidth image from a series of low-bandwidth images. Reflection-mode FP microscopy in the visual optical range will established - including a smartphone compatible demonstrator. We further aim to construct the world's first X-ray FP microscope, which we hypothesize will prove superior to competing coherent X-ray diffractive imaging (CXDI) schemes in terms of high resolution and fast reliable operation, because of the robustness introduced by the physical objective lens. High-performance computing and artificial intelligence will be integral parts of these efforts. An exceptional team with internationally leading competence within the fields of X-ray physics, optics and high-performance computing has been assembled. The project is of high relevance to the upcoming X-ray free electron lasers (XFELs), but also to the advanced study of porous and other functional materials. An overarching theme in the project is quite literally to illuminate the subtle interplay between optical hardware and clever software with the aim of obtaining new fundamental insights as well as readily applicable new microscopy schemes - a topic with profound scientific and societal consequences.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek