Porous Materials

다공성 재료를 빠르고 정확하게 이해

Avizo 소프트웨어는 다공성 분석을 위한 전용 도구를 제공

  • 다공성 감지를 위한 분할 기술 : FIB-SEM Pore back과 같은 아티팩트를 통한 감지 포함.
  • 다공성 유형의 분류(Classification) 및 볼륨 비율(Volume fraction) 평가 : 예를 들어, 연결형(Connected) 대 분리형(Isolate).
  • 개별화된 기공의 고급 정량화 : 크기, 형상 계수(Shape factor), 방향 등
  • XPoreNetworkModeling 확장 기능은 공극의 연결 통로(Pore throat)를 식별하고 이를 따라 분리하는 기능을 제공함:
    • 이 확장은 기공 공간을 기공과 그 연결성을 나타내는 모델(Pore Network Model)로 변환하여, 다양한 특성을 색상으로 맵핑 할 수 있도록 지원함.
    • 또한, 고급 기공 공간 통계(기공 크기 분포, 기공 Throat 크기 분포, 채널 길이 등) 및 특성 기반 모델 필터링을 제공함.
  • 매트릭스(Matrix) 두께 맵.
  • 주어진 기공을 통과하는 최대 구체의 피팅(Fitting).
  • 기공 타원체 피팅.
  • 주어진 축을 따라 다공성 프로파일(Profile).
  • XLab 확장을 사용한 절대 투과율(Absolute permeability) 계산.

섬유 강화 콘크리트(FRC)의 다공성 및 투과율

섬유(Fibers)는 콘크리트의 구조적 무결성을 높이고, 인성(Toughness), 굴곡 강도(Flexural strength), 그리고 수축으로 인한 균열에 대한 내성을 향상시키기 위해 사용됨

  • 그러나, 섬유의 첨가는 콘크리트의 다공성(Porosity)과 투과성(Permeability)에 영향을 미쳐 내구성에 직접적인 영향을 미침.

이 예에서는 섬유 강화 콘크리트의 공극률과 투과율을 분석

  • 콘크리트 기공 공간을 파악하고, 연결 공극률과 분리 공극률을 분류함.
  • 분리 공극률은 Pore Network Model로 표현하고 콘크리트의 투과성을 평가함.
  • 투과율 실험 시뮬레이션에서 속도 장(Velocity field)을 표현하는 유선(Streamlines)은 샘플을 통과하는 모습을 시각화 함.

또한, 섬유 분할을 위한 전용 알고리즘을 사용하여 식별

  • Avizo for Fiber Analysis 참조.

뼈 조직 공학(TE)을 위한 세라믹 생체 재료 분석

뼈 조직 공학(TE, Tissue Engineering) 응용 분야에서는 뼈대(Scaffold) 선택이 매우 중요한 매개 변수

  • 뼈 구조에 따라 다공성이 높고, 개방 기공(Open-pored)을 가지며, 완전히 상호 연결된 구조(Geometry)가 요구됨.
  • 이 연구에서는, 4 가지의 세라믹 생체 재료(Sponceram, Osseolive, Cerasorb 및 45S5-Bioglass)를 골조직 공학에 적용 가능한지 체계적으로 분석되고 평가되었음.

다공성 매질(SiC 발포 체)의 특성 분석

SiC 발포 체(Forms)의 잔류 정적 액체 체류(Static liquid holdup)의 특성을 이해하기 위해 현장(In situ) 배수 실험(Draining experiments)을 수행했음

  • 현장(In Situ, 원위치에 있는 그대로의 상태).
  • 이 실험의 목표는 SiC 폼 기반 구조 반응기(Reactors)의 향후 모델링 및 설계를 개선하는 것.
  • Manchester 대학, SICAT, FEI와 공동 작문 한 기사 참조:
    • http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1044580316308993

관형 SOFC 양극의 다중 길이 스케일 특성화 및 시뮬레이션

고체 산화물 연료 전지(SOFCs, Solid Oxide Fuel Cells)는 연료 가스(Fuel gases)의 열과 전기를 효율적으로 열병합 발전하는 가장 유망한 전기 화학 장치 중 하나

  • 이 유형의 연료 전지는 연료의 유연성(Fuel flexibility), 낮은 배출가스, 그리고 안정성을 장점으로 함.
  • 전기 화학(Electrochemical) 성능은 화학 반응과 물질 전달(Mass transport)이 일어나는 전극의 미세 구조와 밀접한 관련이 있음.

이 비디오는 효과적인 물질 전달을 얻기 위한 새로운 구조의 관형 SOFC 양극의 다중 길이 스케일(Multi-length scale) 이미징 및 시뮬레이션 개념을 보여 줌

  • 전극 추출의 다공성 위상에서 비틀림 및 투과율과 같은 미세 구조 파라미터를 측정한 후, 전체 두께 양극 시뮬레이션에서 고체 영역의 재료 정의에 사용함.
  • 따라서, 특성 비틀림(Characteristic tortuosity), 투과율(Permeability) 및 효과적인 전달(Effective Transport) 파라미터를 추정하고, 전기 화학적 성능 시뮬레이션에 추가로 사용할 수 있음.

나노 다공성 금

나노 다공성 금(Nanoporous gold)은 촉매 및 센서 응용 분야에서 높은 관심을 받는 소재

  • 나노 다공성 금은 수십 나노 미터(사람의 머리카락 직경보다 1000 배 작음) 크기의 기공(Pore)을 가진 다공성 금속 스펀지로 상상할 수 있음.

Helios 600 FIBSEM, Slice View G2로 수집한 이미지 스택을 Avizo 소프트웨어로 시각화:

  • Fraunhofer IFAM의 K. Thiel 박사.
  • K.R.의 샘플 참조.
  • Mangipudi, Goettingen 대학 재료 물리학 연구소.
  • 복셀 크기: : 10 x 13 x 10nm.
  • 전체 분석된 볼륨 크기 : ca. 6 x 2 x 1.3 μm.