科学家通过一项新的研究在X射线显微镜领域取得了重要突破。来自Helmholtz-Zentrum Hereon的研究团队开发了一种新方法，可以在纳米级别上可视化材料中的微小变化。这一成果将极大地推动材料研究和质量保证领域的发展。

在材料科学中，质量是至关重要的。比如，当金属部件被焊接在一起时，我们需要知道焊缝是否牢固，是否有可能形成小裂缝或气孔，这些问题可能会导致结构失效。再比如，高性能材料，如电动车电池或燃料电池中的电极，不应该有任何缺陷，以确保电流的顺畅流动。

为了更好地理解材料中的变化并检测可能的缺陷，X射线已经被广泛应用于可视化材料缺陷。然而，传统的X射线图像通过X射线的衰减来显示结构，但这往往不足以检测非常小或低密度的结构。

Hereon的研究人员Sami Wirtensohn和Dr. Silja Flenner成功地使用一种新方法，使纳米级别的小结构变得可见。与传统的X射线图像不同，他们并不使用衰减的光线，而是利用被X射线物体散射的光线，这些光线被以不同的方向偏转。

“纳米级的结构如微小的裂缝会散射光线，这种散射是可以被看到的，”Wirtensohn解释道，他是发表在《Optica》期刊上的这项研究的第一作者。这使得通常难以或不可能看到的细节和结构变得可见。

“这种方法甚至可以使X射线显微镜分辨率以下的结构变得可见，”Flenner补充道，她是该项目的发起人。

图释：基于暗场图像（左）和衰减图像（右）的金结构的 3D 表示。图片来源：Hereon/ Sami Wirtensohn

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线，以使散射图像变得可见。因此，在X射线显微镜中，他们使用光学元件重新定向X射线光线，使光线遵循已知的模式。

这些X射线光束然后可以通过安装光圈来阻挡。另一方面，散射光线在穿透样品时会改变方向，可以绕过光圈。这产生了所谓的暗场图像，首次实现了纳米级分辨率。

“这给了我们一幅图像，其中由于散射，纳米结构非常清晰可见，”Wirtensohn说道。

对于材料研究来说，这是一项低投入高回报的成果。“首次有了一种实用的暗场成像方法，可以轻松地在X射线显微镜中实现，”Greving说道，他是Hereon成像光束线P05团队的负责人，该团队位于德国电子同步加速器（DESY）。

这种X射线显微镜在大型同步加速器设施中运行，这些设施在全球只有几十个。这些设备可以很容易地通过安装光圈来进行暗场显微成像。

这将是非常值得的，因为企业或材料研究人员将能够在未来更好地寻找材料中的微小缺陷和瑕疵。

这项研究的信息发表在《Optica》期刊上，由Helmholtz德国研究中心协会提供。

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