IAM - Werkstoffe der Elektrotechnik

Röntgentomographie

Die 3D-Röntgentomographie (oder auch Computertomographie, kurz CT genannt) ist ein bildgebendes Verfahren, bei welchem die Probe schrittweise mittels Röntgenstrahlung gescannt wird. Die Bilder, aufgenommen in verschiedenen Winkelpositionen, enthalten Informationen über den Absorptionskoeffizienten, welcher Aufschluss über die interne Materialverteilung liefert. Sie werden im Anschluss durch aufwendige, mathematische Verfahren zu einer 3D-Rekonstruktion verarbeitet.

Das Verfahren eignet sich aufgrund ihrer Auflösungsgrenze besonders für die Mikrostrukturanalyse poröser Strukturen mit Partikelgrößen im Bereich mehrerer Mikrometer (wie etwa bei Graphit-Anoden für Lithium-Ionen Batterien). Zudem erlaubt es die Rekonstruktion von großen Volumen (im Vergleich zur FIB/REM-Tomographie) mit mehreren 100 μm Kantenlänge. Ein weiterer Vorteil ist die zerstörungsfreie Rekonstruktion, das heißt die Probe wird bei dem Verfahren nicht beschädigt oder verbraucht und kann gegebenenfalls nochmals mit anderen Parameter oder anderen Methoden analysiert werden. Dem Vorteil des höheren Volumens steht die im Vergleich zur FIB/REM-Tomographie allerdings eine geringere maximale Auflösung und ein typischerweise schlechterer Kontrast zwischen den verschiedenen Phasen gegenüber.

Seit Ende 2016 steht dem IAM ein im sub-μm Bereich auflösendes Röntgenmikroskop (Xradia 520 Versa) für die 3D-Röntgenmikroskopie zur Verfügung, welches eine räumliche Auflösung unter 0.7 µm bei verfügbaren Voxel-Größen von 70 nm bietet [1]. Des Weiteren wurden für das IAM-WET in Zusammenarbeit mir der Firma RJL Micro&Analytic [2] Rekonstruktionen mittels Skyscan 2011 durchgeführt.

 

Weitere Informationen sowie Beispiele zu 3D-Rekonstruktionen mittels 3D Röntgentomographie finden Sie unter:

[1] M. Ender, J. Joos, A. Weber and E. Ivers-Tiffée, "Anode microstructures from high-energy and high-power lithium-ion cylindrical cells obtained by X-ray nano-tomography", J. Power Soources 269, pp. 912-919 (2014).

[2] J. Kim, V. Nese, J. Joos, K. Jeske, N. Duyckaerts, N. Pfänder, and G. Prieto, "Directional Freeze-Cast Hybrid-Backbone Meso-Macroporous Bodies as Micromonolith Catalysts for Gas-to-Liquid Processes", J. Materials Chemistry A 6, pp. 21978-21989 (2018).

 

[3] www.zeiss.de/microscopy/de_de/produkte/roentgenmikroskopie/zeiss-xradia-520-versa.html#labdct

 

[4] www.rjl-microanalytic.de