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.

Prosjektet «4D-CT» handler om å kunne gjøre 3D bilder av systemer som utvikler seg over tid. Et godt eksempel på dette er flerfasestrømning av væsker i porøse materialer som f.eks. stein og jord. For å få høy oppløsning både langs tid- og rom-dimensjonene, er det behov for gode målemetoder og algoritmer. I 4D-CT-prosjektet er et hovedmål å utvikle forbedrede eksperimentelle metoder basert på røntgenstråling og synlig lys for å gjøre kvantitativ avbildning. Dette innebærer at numerisk informasjon om f.eks. tetthetsfordelinger kan trekkes ut fra mikroskopibildene. Eksperimentelle metoder som kan bidra til å forstå komplekse elektroniske, mekaniske og termiske materialegenskaper, er etterspurt. 4D mikroskopi (3D + tid) er i økende grad brukt i mange vitenskapelige felt. Lagring av CO2 i nedlagte petroleumsreservoar anses å være en av de mest lovende teknologier for å håndtere de store klimautfordringene med CO2-ansamling i atmosfæren. I 2020 lyktes vi med å følge karboniseringsprosessen i sement eksponert for CO2 under høy temperatur og trykk ved å bruke CT i en skreddersydd prøvecelle (Chavez et al, Env. Sci. Tech, 2022), et studium som har fått betydelig internasjonal oppmerksomhet. Et høydepunkt fra 2021 var en serie 3D CT studier med diffraksjonskontrast, anvendt på både geologiske og biologiske materialer. Et eksempel på sistnevnte er et studium av overgangssonen mellom bein og brusk i kneledd (Mürer et al, Scientific Reports, 2021). Diffraksjonskontrast gir 3D bilder med nanoskala informasjon om både den lokale romlige orienteringen av fibervev og mineralfordelingen inni beinet. I 2022 hadde vi betydelig framgang med å utvikle Fourier ptychografi-mikroskop (FPM) basert på synlig lys. Flere artikler har blitt publisert om dette temaet, med Optics Express (Gholamimayani et al, 2022) som et høydepunkt. Polarisasjonskontroll inngår også i mikroskopet, som gir tilleggsinformasjon om orienterte strukturer i prøven. I 2023 har vi brukt kvantitativ fasekontrast-avbildning til å studere mikroskopiske defekter i glass, motivert av antiterrorisme og generell sikkerhet. Dette arbeidet er publisert i Applied Physics Letters (Tekseth et al, 2023). Et annet prioritert tema har vært CT studier av væsker i porøse medier, som har stor samfunnsrelevans, eksempelvis innen klima og forurensning. Nye algoritmer gjør at vi har kunnet redusere måletiden for CT-skann på vårt hjemmelaboratorium fra ca. 1 time til mindre enn 1 minutt, hvilket åpner for nye vitenskapelige oppdagelser. Vi har også gjort dreneringsmålinger av porøse medier ved ESRF, med svært interessante resultater, som nå er i ferd med å publiseres. Sist, men ikke minst, har vi studert 3D-orden i flytende krystaller – et originalt arbeid som vi ser fram til å publisere. Vi jobber fortsatt med å utvikle vårt fase-kontrast røntgenmikroskop ved NTNU. Et spesielt positivt aspekt ved 4D-CT-prosjektet er de mange resulterende aktivitetene vi har med eksterne partnere, inkludert nye prosjekter, industrisamarbeid og ny vitenskapelige og teknologiske utvikling. Viktige milepæler i 2024 blir nyskapende eksperimenter, seminar med industri, og flere gode artikler som skal publiseres.

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

Budsjettformål:

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