Advanced Tomographic Methods in Materials Research and Engineering

Advanced Tomographic Methods in Materials Research and Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Banhart, John 编
出品人:
页数:488
译者:
出版时间:2008-4
价格:$ 186.45
装帧:
isbn号码:9780199213245
丛书系列:
图书标签:
  • 材料科学
  • 断层成像
  • 先进技术
  • 材料研究
  • 工程应用
  • X射线成像
  • 无损检测
  • 结构分析
  • 材料表征
  • 三维成像
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具体描述

Tomography provides three-dimensional images of heterogeneous materials or engineering components, and offers an unprecedented insight into their internal structure. By using X-rays generated by synchrotrons, neutrons from nuclear reactors, or electrons provided by transmission electron microscopes, hitherto invisible structures can be revealed which are not accessible to conventional tomography based on X-ray tubes. This book is mainly written for applied physicists, materials scientists and engineers. It provides detailed descriptions of the recent developments in this field, especially the extension of tomography to materials research and engineering. The book is grouped into four parts: a general introduction into the principles of tomography, image analysis and the interactions between radiation and matter, and one part each for synchrotron X-ray tomography, neutron tomography, and electron tomography. Within these parts, individual chapters written by different authors describe important versions of tomography, and also provide examples of applications to demonstrate the capacity of the methods.The accompanying CD-ROM contains some typical data sets and programs to reconstruct, analyse and visualise the three-dimensional data.

精湛成像,洞察微观:开启材料科学新纪元 本卷精选了一系列革新性的断层扫描技术,为材料科学、工程学以及相关领域的科研人员和工程师们提供了前所未有的视角,用以深入探索材料的内部结构、组成分布以及三维形态。本书旨在提供一套全面而深入的指南,涵盖了从基础原理到尖端应用,致力于赋能读者掌握先进成像方法,从而解决材料研发与工程实践中的复杂挑战。 一、 基础理论与技术精粹 本书首先系统性地梳理了断层扫描技术的核心理论基础,包括图像重建算法的演进与优化,以及不同探测器和光源的原理及特性。我们将深入探讨: X射线断层扫描 (XCT):从传统的投影成像原理出发,逐步深入到同步辐射XCT、相衬成像、暗场成像等高分辨率、高灵敏度成像技术。详细阐述如何通过优化X射线能量、聚焦、探测器像素尺寸等参数,实现对微观结构细节的精准捕捉。 中子断层扫描 (nCT):重点介绍中子作为一种具有高穿透力和无损性的探测粒子,在材料结构分析中的独特优势。我们将探讨中子衍射断层扫描、中子散射断层扫描等技术,及其在探测轻元素、磁结构和动态行为方面的应用。 电子断层扫描 (ECT):聚焦于聚焦离子束-扫描电子显微镜 (FIB-SEM) 和透射电子显微镜 (TEM) 的断层扫描技术,揭示纳米尺度下的三维结构和晶体学信息。本书将详述样本制备技术、图像采集策略以及如何处理极高分辨率数据。 光学断层扫描:涵盖了多光子显微镜断层扫描、共聚焦显微镜断层扫描等,尤其适用于生物材料和软物质研究。我们将探讨光学成像在组织工程、细胞生物学等领域的突破性应用。 其他先进成像技术:例如,声学断层扫描、同步辐射红外断层扫描等,这些技术在特定材料体系和研究问题上展现出独特的价值,本书将对其原理和应用进行介绍。 二、 尖端成像方法与数据处理 本书不仅关注成像技术的硬件和基本原理,更深入探讨了前沿的成像方法和高效的数据处理流程,以充分释放断层扫描数据的潜力: 高分辨率与定量成像:介绍如何通过先进的采集策略和重建算法,实现亚微米甚至纳米尺度的三维结构重构。我们将讨论如何进行精确的体素尺寸控制、噪声抑制以及伪影校正,以获得高信噪比和高空间分辨率的成像结果。 多模态断层扫描:探讨如何将多种断层扫描技术(如XCT与拉曼光谱断层扫描、ECT与能量色散X射线谱 (EDX) 断层扫描)相结合,实现对材料结构、化学成分和电子性质的多维度、同步表征。 四维 (4D) 断层扫描:聚焦于实时动态过程的追踪与分析,如材料在加载、加热、化学反应过程中的形变、相变和微观结构演化。本书将深入探讨如何在时间维度上进行高精度的数据采集与重构。 图像处理与分析:提供一套系统的图像处理流程,包括图像分割、特征提取、三维可视化以及定量分析方法。我们将介绍用于体素尺寸量化、孔隙度分析、晶粒尺寸统计、裂纹扩展追踪以及三维形态学特征提取的常用软件和算法。 机器学习与人工智能在断层扫描中的应用:探讨如何利用机器学习和深度学习技术,加速图像重建过程,提升图像质量,实现自动化特征识别和定量分析,从而解决大数据处理的挑战。 三、 跨学科应用实例与挑战 本书通过大量跨学科的实际应用案例,生动地展示了先进断层扫描技术在材料研究和工程领域的广泛适用性: 先进制造与增材制造:利用断层扫描技术分析3D打印结构的内部缺陷(如孔隙、未熔合)、层间结合情况以及成型过程中的微观演化,为优化打印工艺和材料选择提供关键数据。 复合材料与纳米材料:揭示纳米粒子在基体中的分散状态、界面相互作用以及宏观力学性能与微观结构的关联。 能源材料:探索锂电池正负极材料的微观结构、电解质传输通道、充电析出相以及固态电池的界面行为。 地质与土木工程:分析岩石、土壤的孔隙结构、裂隙网络分布及其对流体渗透和力学行为的影响。 生物材料与医疗工程:研究骨组织工程支架的孔隙结构、细胞在三维支架上的生长情况,以及医用植入物的生物相容性评估。 金属材料与陶瓷:分析金属合金的晶粒结构、相变、疲劳裂纹萌生与扩展,以及陶瓷材料的晶界、夹杂物和力学性能。 本书的撰写旨在为材料研究和工程领域的研究者们提供一个坚实的理论基础和实用的技术指导,通过精湛的成像手段,深入洞察材料的微观世界,从而推动新材料的开发、器件的设计以及工程应用的突破。

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