Исследователи из Сколковского института науки и технологий предложили новый способ определения пористости волокнистых материалов. Он основан на анализе всего одного снимка, сделанного с помощью стандартного оптического микроскопа. Этот подход дает возможность рассчитать истинную объемную пористость со средней ошибкой около 3,5 процента. Традиционные методы, которые опираются на анализ двухмерных изображений, часто демонстрируют погрешность до пятидесяти процентов, поскольку не учитывают трехмерную структуру материала.
Метод, созданный в лаборатории Сколтеха, использует анализ перспективных искажений. Когда материал снимают под микроскопом, волокна в его нижних слоях кажутся тоньше из-за эффекта перспективы. Специальный алгоритм проводит статистический анализ изменения видимой толщины волокон, которая связана с их яркостью — она снижается по мере увеличения глубины залегания волокна. На основе этих данных вычисляются глубина материала и его реальная пористость.
Разработка решает задачу перехода от плоского изображения к пониманию трехмерной структуры. Для работы не требуется сложное оборудование вроде микротомографов, что удешевляет и упрощает процесс. Метод включает этапы предварительной обработки изображения, определения волокон с помощью алгоритма Ridge Detection в программе Fiji и непосредственного расчета пористости на основе распределения волокон по слоям.
Технология подходит для анализа различных материалов — от электропряденных нановолокон, применяемых в фильтрах и медицине, до композитных материалов в аэрокосмической сфере. Низкие требования к оборудованию и возможность автоматизации позволяют интегрировать этот метод в производственные линии для оперативного контроля качества. Результаты исследования представлены в научном журнале Measurement.
Ранее ученые Сколтеха предложили инновационный метод, способный значительно замедлить износ современных литий-ионных аккумуляторов.
