Matias Kagias fixe un échantillon dans une pince pour le positionner dans le trajet des rayons X. Crédit :Institut Paul Scherrer/Mahir Dzambegovic
Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont amélioré une méthode de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) à un point tel qu'elle peut désormais être utilisée dans le développement ou le contrôle qualité de nouveaux composites renforcés de fibres. Cela signifie qu'à l'avenir, de tels matériaux peuvent être étudiés non seulement avec des rayons X provenant de sources particulièrement puissantes telles que la source lumineuse suisse SLS, mais aussi avec ceux des tubes à rayons X conventionnels. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Communication Nature .
Les nouveaux composites renforcés de fibres deviennent de plus en plus importants en tant que matériaux stables et légers. Un exemple de ce type de composite est les polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP), qui sont utilisés dans la construction aéronautique ou dans la construction de voitures de course de Formule 1 et de vélos de sport. Les propriétés de ces matériaux dépendent dans une large mesure de la façon dont les minuscules fibres sont alignées et de la façon dont elles sont disposées et intégrées dans le matériau environnant, influençant la mécanique, optique, ou le comportement électromagnétique des composites.
Pour étudier l'orientation de la fibre dans de tels composites, les chercheurs doivent regarder à l'intérieur d'eux. On pourrait utiliser la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), exploiter le fait que les rayons X sont diffusés lorsqu'ils pénètrent dans la matière. Le motif de diffusion résultant peut ensuite être utilisé pour obtenir des informations sur l'intérieur d'un échantillon et potentiellement l'orientation des fibres. Cependant, les méthodes SAXS courantes ont l'inconvénient d'être assez lentes :cela peut prendre jusqu'à plusieurs heures pour numériser des spécimens centimétriques avec la résolution requise.
Matias Kagias (à gauche) et Marco Stampanoni devant l'appareil avec lequel ils ont examiné les composites à l'aide de la nouvelle méthode aux rayons X. Les deux contiennent l'une des pièces qui ont été radiographiées. Crédit :Institut Paul Scherrer/Mahir Dzambegovic
Observation du nouage d'un ruban en fibre de carbone
Chercheurs à l'Institut Paul Scherrer PSI et à l'ETH Zurich, avec des collègues de l'EPF Lausanne et de la spin-off danoise Xnovo Technology, ont maintenant réussi à développer davantage la technologie pour des applications pratiques. « Le facteur décisif a été que nous avons installé un réseau de lentilles à rayons X derrière l'échantillon. Cela permet de détecter plusieurs modèles de diffusion locale qui reflètent la structure spatiale interne d'un échantillon avec un seul tir de rayons X, nous permettant de prendre un grand nombre d'images consécutives, " dit Matias Kagias, l'inventeur de la méthode et chercheur postdoctoral dans le groupe de tomographie aux rayons X du PSI dirigé par Marco Stampanoni. Comme preuve de principe, les chercheurs ont utilisé la nouvelle méthode pour afficher l'orientation des fibres dans un ruban de fibre de carbone pendant le processus de nouage. Ils ont acquis des projections de rayons X résolues en temps à une vitesse de 25 images par seconde sur une période de 11 secondes.
Des applications en médecine et en sécurité sont envisageables
La nouvelle méthode fonctionne non seulement avec les rayons X des installations de synchrotron telles que la source lumineuse suisse SLS, mais aussi avec des faisceaux de tubes à rayons X conventionnels. Par conséquent, déclare le professeur Marco Stampanoni, "on s'attend à ce que cette nouvelle approche trouve des applications pratiques dans les dispositifs médicaux et les tests non destructifs ainsi que dans le domaine de la sécurité intérieure."
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Communication Nature .
