三維X射線顯微鏡（3D XRM）在紙張纖維微觀結構表征中的應用

紙張是一種特殊的材料，其是由纖維（主要是植物纖維）和其他固體顆粒（如膠料、填料和助劑等物質）交織結合而成的，具有多孔性網狀的微觀結構。其中，作為紙張主要稱為的植物纖維，對絕大多數紙張的性能起到了決定性作用，因此針對紙張植物纖維的相關微觀表征就顯得尤為重要了。

而在眾多的方法中，3D XRM，即三維X射線顯微鏡是一種可以在無損檢測的前提下表征樣品內部真實三維空間結構的全新手段，具有不可替代的優勢和潛力。

本文中，我們將以德國布魯克公司的Skyscan1272這一桌面型高分辨顯微成像系統為例，介紹一下該設備在紙張微觀結構表征中的應用。Skyscan1272的極限圖像分辨率可達450nm，擅長中小尺寸樣品的高分辨成像，因此，其非常適合紙張微觀結構的三維表征。

— 紙張樣品

從上面的相關實驗結果中，我們可以看到，3D XRM可以比較清楚地表征出紙張樣品內纖維結構的交織情況，而且針對比較細的纖維結構，我們可以通過相位檢索還原的成像方法提升這一部分的成像，這一方法同樣可以應用于其他樣品中輕質元素的成像表征。

在3D XRM的實驗結果中，我們不但能夠獲得相應的圖像數據，同時還可以獲得相關的定量分析結果。例如，此案例中，我們可以針對紙張纖維網狀結構中存在的孔隙部分，進行孔隙率、孔徑分布等計算，并將此結果導入到三維體渲染軟件中并通過顏色編碼使其圖像化。當然，我們的分析軟件還支持針對每個孔隙個體進行相應的定量分析，以得到每個孔隙的具體數據、如體積、取向、比表面積、等效直徑、球形度等。而針對纖維部分，我們同樣可以進行相關的定量分析，如纖維長度、直徑、體積、纖維取向等等，這取決于客戶的具體要求。

另外，隨著CT技術的不斷發展，我們的3D XRM設備已經能夠不只是針對靜態樣品進行測試，輔以相應的原位臺，還可以在多場耦合如加載變溫、力學的條件下，對樣品內部結構的變化情況進行實時原位動態成像。