Naukowcy z Politechniki Lubelskiej zaglądają w głąb materiałów takich jak tworzywa sztuczne, ultranowoczesne kompozyty czy niektóre metale. Jest to możliwe dzięki najnowocześniejszemu nanotomografowi.
– To urządzenie z bardzo dobrą rozdzielczością – mówi profesor Krzysztof Pałka z Katedry Inżynierii Materiałowej. – Na poziomie 70 nanometrów, czyli gdybyśmy chcieli zdiagnozować ludzkiego włosa, to mielibyśmy tutaj powiększenie tysiąckrotne. Z lewej strony mamy lampę rentgenowską, w środku stolik, na którym mocowane są próbki, a z prawej strony zespół różnych detektorów. Łącznie mamy 4 detektory. Jeden duży do skanowania dużych próbek i 3 obiektywy o różnych powiększeniach. To jest w zasadzie mikroskop rentgenowski – taka jest obecnie nomenklatura. Dzięki temu możemy uzyskiwać duże powiększenia.
„To badanie nieniszczące”
– Mogę zobrazować to na przykładzie jajka Kinder Niespodzianka, które każdy z nas zna. To urządzenie jest w stanie zajrzeć do środka i zobrazować, jaka jest tam zabawka – mówi dr hab. inż. Patryk Jakubczak. – W praktyce inżynierskiej możemy wyobrazić sobie jakiś materiał ceramiczny, kostkę. Dzięki temu urządzeniu możemy zobaczyć poziom porowatości wewnątrz. To jest trójwymiarowa analiza stanu struktury. Najważniejsze w tym wszystkim jest to, że jest to badanie nieniszczące. Zaglądając do środka, nie ma potrzeby wykonania przekroju. Czyli po badaniu takie jajko Kinder dalej jest nierozpakowane.
CZYTAJ: Politechnika Lubelska: nowoczesne urządzenie pomoże zgłębić tajemnice materiałów
– Dzięki temu możemy badać wiele materiałów, którymi zajmujemy się na co dzień – wskazuje prof. Krzysztof Pałka. – To są materiały między innymi dla medycyny. Chodzi o to, żeby stworzyć materiał w taki sposób, żeby chciał współpracować z organizmem. Jesteśmy w stanie wykryć bardzo wiele szczegółów w tych materiałach, np. ich budowę, jak też ocenić, czy wytworzenie tych materiałów było prawidłowe. Dodatkowo mamy do tego tomografu taki specjalny stolik, który umożliwia nam ocenę, jak taki element zachowuje się w trakcie obciążenia czy w trakcie oddziaływania temperatury. Możemy przewidzieć, co będzie się z nim działo w trakcie pracy.
Unikalne urządzenie
– Jest to urządzenie unikalne na skalę naszego kraju, ale też w Europie – zaznacza dr hab. inż. Patryk Jakubczak. – Dla inżynierów, dla naukowców otwiera to nowe możliwości rozpoznania sposobu zachowania się materiałów. Wcześniej było to możliwe, ale nie w takich powiększeniach. To znaczy, że schodząc z poziomu – powiedzmy – mikrometrycznego na nanometryczny możemy powiedzieć dużo więcej rzeczy o defektach w skali nano.
– Badamy materiały dla medycyny, ale również materiały pochodzące bezpośrednio z organizmu ludzkiego, czyli kości, zęby. Jedna z koleżanek zajmuje się materiałami kompozytowymi dla stomatologii i sprawdza, w jaki sposób te materiały zostały włożone w zęba, czy nie mają jakichś wad, które mogłyby wpłynąć na długowieczność i zachowanie tych wypełnień w zębie – mówi prof. Krzysztof Pałka.
CZYTAJ: Po 2034 roku nie będzie można kupić w Europie auta o napędzie innym niż elektryczny i wodorowy
– Aspekt materiałowy technologiczny w lotnictwie jest równie ważny jak czynnik ludzki. My jako inżynierowie musimy konstruować takie materiały, które będą zapewniać bezpieczny poziom ich eksploatacji w długim okresie użytkowania, ale i w warunkach rzadkich, jak zderzenie z ptakiem – mówi dr hab. inż. Patryk Jakubczak. – Ewentualnie naprawy, jakie są wykonywane na obiektach, to też bardzo ważna rzecz. Jeżeli część samolotu podlega naprawie, to też trzeba zweryfikować, czy ta naprawa jest skuteczna, czy technologia użyta do takiej naprawy ma zdolność do przywrócenia właściwości pierwotnych.
Na czym polega badanie nanotomografem?
– Kiedy kładziemy pacjenta na stole tomografu, to pacjent jest nieruchomy. Cały tomograf porusza się wokół pacjenta. Natomiast w naszym przypadku, jest troszkę inaczej. Tutaj wszystkie elementy tomografu są nieruchome, a porusza się badany przedmiot. Wykonujemy skan poprzez serię kolejnych prześwietleń, może być ich nawet 2-4 tysiące, w zależności od tego, jaki jest to materiał i jaką rozdzielczość chcemy uzyskać. Ten przedmiot właśnie w trakcie skanu obraca się i jest prześwietlany wielokrotnie. Uzyskujemy zestaw obrazów z prześwietleń. Po skanie następuje rekonstrukcja. Tutaj do pracy wkracza potężny komputer, który przetwarza obrazy z prześwietleń do postaci przekrojów poprzecznych. Czyli dostajemy dokładną informację, co znajduje się wewnątrz tego materiału – wyjaśnia prof. Krzysztof Pałka.
CZYTAJ: Materiał, który sam się naprawia. Lubelscy naukowcy współautorami wyjątkowego wynalazku
Urządzenie zeskanuje element o wymiarach 14×16 cm. Ograniczeniem są metale ze względu na dużą gęstość.
Uczelnia współpracuje między innymi z PZL Świdnik.
LilKa / opr. WM
Fot. pollub.pl