다공성 분석을 위한 Avizo 소프트웨어
많은 재료에 다공성 (Porosity)이 존재
결함 (Defect) 또는 특징 (Feature)의 정량화는 매우 중요합니다.
- 예를 들어, 다양한 유형의 다공성 결함을 이해하면, 재료의 특성을 개선하기 위한 제조 공정의 조정 (Adjustments)에 영향을 줄 수 있음.
설계 상 다공성인 재료에서, 예상되는 기공 변화 수준 (Expected level)은 개념 (Conception) 변경을 통해 적응 (Adapt) 조정 할 수 있습니다.
MicroCT, FIB-SEM, SEM 및 TEM과 같은 이미징 기술을 사용하면 다공성 물질을 분석하여 미세 공극 (Pore), 스폰지 형 공극 (Void), 큰 매크로 공극 (Void), 균열이나 내포물 (Inclusions) 등을 정량화 할 수 있습니다.
Avizo® 소프트웨어는 다공성 물질의 시각화, 처리 및 정량화가 가능한 올인원 이미지 분석 플랫폼
Avizo 소프트웨어를 사용하면 복잡한 잔존물 (예를 들어, FIB/SEM Pore back 효과)이 있는 이미지에서도 다양한 유형의 다공성 (예를 들어, 연결 대 분리 및 매크로 기공 대 미세 기공)을 탐지하고 분류 (Classification) 할 수 있습니다.
볼륨 비율, 주어진 공극을 통해 최대 볼 맞춤 (Fitting), 기공 크기 분포, 기공 연결 통로 (Pore throat) 크기 분포, 기공 배향, 형상 계수 (Shape factor) 등과 같은 많은 다공성 특성 및 통계를 계산 할 수 있습니다.
다공성은 모델 (Pore Network Model)로 전환 될 수 있으며, 속성 매핑을 사용하여 구체 또는 타원체 및 막대 유형 시각화를 특징으로 하는 기공 공간 (Pore space)을 신속하게 이해하고 탐색 할 수 있습니다.
또한, 분할된 기공 공간에서 재료의 절대 투자율 (Absolute permeability)을 직접 계산할 수 있습니다.
Avizo 소프트웨어는 다공성 분석을 위한 전용 도구를 제공
다공성 검출을 위한 분할 기술 (FIB/SEM Pore back과 같은 아티팩트를 통한 검출 포함).
다공성 유형의 분류 (Classification) 및 볼륨 비율 (Volume fraction) 평가:
- 예를 들어, 연결 (Connected) 대 격리 (Isolate).
개별화된 기공의 고급 정량화:
- 크기, 형상 계수 (Shape factor), 방향 등
XPoreNetworkModeling 확장 기능:
- 공극 연결 통로 (Pore throat)의 식별 및 그에 따른 분리하는 기능이 포함.
- 이 확장을 통해 기공 공간 (Pore space)을 기공과 그 연결성을 나타내는 모델 (Pore Network Model)로 변환 할 수 있으며, 여기에서 다양한 속성을 색상으로 매핑할 수 있음.
- 또한 고급 공극 공간 통계 (공극 크기 분포, 공극 연결 통로 (Pore throat) 크기 분포, 채널 길이 등) 및 속성을 기반으로 한 모델 필터링을 제공.
매트릭스 (Matrix) 두께 맵.
주어진 기공을 통과하는 최대 구체의 피팅 (Fitting).
기공 타원체 피팅.
주어진 축을 따라 다공성 프로파일 (Profile).
XLab 확장을 통해 절대 투과율 (Absolute permeability) 계산.
섬유 강화 콘크리트 (FRC)의 다공성 및 투과율
섬유 (Fibers)는 구조적 무결성을 높이고 인성 (Toughness), 굴곡 강도 (Flexural strength) 및 수축으로 인한 균열에 대한 내성을 향상시키기 위해 섬유 강화 콘크리트 (Fiber Reinforced Concrete)에 사용합니다.
- 그러나, 섬유의 포함은 콘크리트의 다공성 (Porosity)과 투과성 (Permeability)에 영향을 미치며, 이는 그 내구성에 직접적인 영향을 미침.
섬유 강화 콘크리트의 다공성 및 투과율을 분석:
- 콘크리트 기공 공간이 식별되고, 연결된 기공과 분리된 기공이 분류.
- 분리된 다공성은 Pore Network Model로 표현되고 콘크리트의 투과율을 평가.
- 투과율 실험 시뮬레이션에서 속도 장 (Velocity field)을 표현하는 유선 (Streamlines)은 샘플을 통과하면서 시각화 됨.
- 또한, 섬유는 분할을 위한 전용 알고리즘을 사용하여 식별 (Avizo for Fiber Analysis 참조).
뼈 조직 공학 (TE)에 대한 세라믹 생체 재료 분석
뼈 조직 공학 (TE, Tissue Engineering) 응용 프로그램의 경우, 뼈대 (Scaffold)의 선택은 중요한 매개 변수입니다.
- 뼈 구조에 따르면, 고 (Highly) 다공성, 많은 기공 (Open-pored) 및 완전히 상호 연결된 형상 (Geometry)이 필요.
- 이 연구에서는, 4 가지의 세라믹 생체 재료 (Sponceram, Osseolive, Cerasorb 및 45S5-Bioglass)가 골조직 공학에 대한 적용 가능성과 관려하여 체계적으로 분석되고 평가되었음.
- https://analyticalscience.wiley.com/do/10.1002/imaging.3140/full 참조.
관형 SOFC 양극에서의 다중 길이 스케일 특성화 및 시뮬레이션
고체 산화물 연료 전지 (SOFCs, Solid Oxide Fuel Cells)는 연료 가스 (Fuel gases)의 열과 전기의 효율적인 병합 생성을 위한 가장 유망한 전기 화학 장치 중 하나입니다.
- 이러한 유형의 연료 전지의 장점은 연료 유연성 (Fuel flexibility), 낮은 배출 (Low emissions) 및 안정성을 포함.
- 전기 화학적 (Electrochemical) 성능은 화학 반응 및 질량 수송 (Mass transport)이 일어나는 전극의 미세 구조와 밀접한 관련.
이 비디오는 효과적인 질량 수송을 얻기 위해 새로운 구조의 관형 SOFC 양극에서의 다중 길이 스케일 (Multi-length scale) 이미징 및 시뮬레이션의 개념을 보여 줌니다.
- 비틀림 및 투과율과 같은 미세 구조 파라미터는 전극 추출의 다공성 위상으로부터 측정된 다음, 전체 두께 양극 시뮬레이션에서 솔리드 영역의 재료 정의에 사용.
- 따라서, 특성 비틀림 (Characteristic tortuosity), 투과율 (Permeability) 및 유효 수송 (Effective Transport) 파라미터가 추정되어, 전기 화학적 성능 시뮬레이션에서 추가로 사용.
식품의 기포 분석
식품 속의 거품 (Bubble)은 제품 외관과 특성 (부드러움, 크림 같은 느낌, 바삭바삭함 등)을 향상시키는 통기성 (Aerated) 구조를 생성합니다.
Avizo 소프트웨어는 거품을 분할하고 속성과 크기 분포를 모두 정량화 하는 효율적인 방법을 제공합니다.
Pore Network Modeling은 기포의 상호 연결 및 속성에 대한 고급 분석 할 수 있도록 다공성 분포의 동등한 네트워크 모델을 생성 할 수 있습니다.
Pore Network Modeling 확장 참조.
Avizo Software for food analysis 참조.
나노 다공성 금
나노 다공성 금 (Nanoporous gold)은 촉매 및 센서 분야에서 가장 높은 관심을 보이는 재료입니다.
- 수십 나노 미터 (사람의 머리카락 직경보다 1000 배 작음) 범위의 기공 (Pore) 크기를 가진 다공성 금속 스펀지로 상상할 수 있음.
Helios 600 FIBSEM, Slice&View G2로 얻은 이미지 스택을 확보하고 Avizo 소프트웨어로 시각화:
- Fraunhofer IFAM의 K. Thiel 박사.
- K.R.의 샘플 참조.
- Mangipudi, Goettingen 대학 재료 물리학 연구소.
- 복셀 크기 : 10 x 13 x 10nm.
- 전체 분석된 볼륨 크기 : ca. 6 x 2 x 1.3 μm.