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生物成像与生命科学
向自然学习:开发高强度超级材料

大自然经过数百万年的进化,已经完美地利用相对较弱的积木制造出异常坚固的材料。蛤蜊和贻贝等海洋双壳类动物的壳就是一个很好的例子:它们是由相对较弱的碳酸钙组成的,但单个晶体的排列方式使得产生的壳尽管相对较薄,但却非常坚固。

材料科学家们正试图向大自然学习,开发模仿自然结构的合成材料。然而,为了有效地做到这一点,有必要能够描述相关的天然材料,并了解其优越强度背后的原因。电子背散射衍射(EBSD)是一种理想的技术,最近由牛津仪器公司开发的基于cmos的EBSD探测器提供了必要的速度和灵敏度,使生物材料表征成为常规过程。bob平台下载手机版

材料科学家可以从海贝壳中学到什么?

碳酸钙(CaCO)3.)海贝壳有两种形式:文石和方解石。化学上难以区分,这些形式具有不同的晶体结构,并且通常都存在于壳结构中。这两种矿物都相对较弱,但大自然通过将亚微米厚的文石板排列成层状结构——珍珠层,显著提高了材料强度。通过用合成材料再现这种结构,材料科学家可以制造出一类超强材料,在高压环境中产生重大影响。然而,为了向大自然学习,有必要能够描绘出珍珠的详细结构。

牛津仪器公司是如bob平台下载手机版何开发EBSD系统来帮助生物材料分析的?

矿物如方解石和文石对电子束敏感,但产生相对较弱的衍射图案。为了能够有效地表征珍珠结构,需要一种快速但极其灵敏的EBSD检测器。将CMOS技术创新地集成到牛津仪器EBSD探测器系列中,可以使用低光束能量和电流在毫秒时间内收集高质量的衍射图案。bob平台下载手机版因此,珍珠层可以在几分钟内以纳米级分辨率进行表征,这是传统的基于ccd的EBSD技术所不可能实现的。

研究人员是如何将其付诸实践的呢?

利用文石珠层的高分辨率定向图,研究人员现在能够了解提供极端强度的文石板的复杂晶体结构。有了这样的认识,就有可能尝试用合成材料复制这种结构:科学家们正在对包括铝在内的各种晶体材料进行实验2O3.和CaHPO4,制造出具有非凡强度和韧性的人造珍珠。这些材料在生物医学、航空航天和军事领域有许多应用。bob综合app官网登录

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应用笔记

双壳类贝壳EBSD的详细研究

深入观察贻贝壳的结构,使用对称特征。方解石和纳米结构的文石珍珠都以前所未有的细节和速度进行测量。

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