Vis enkel innførsel

dc.contributor.authorFløystad, Jostein Bønb_NO
dc.date.accessioned2014-12-19T13:20:14Z
dc.date.available2014-12-19T13:20:14Z
dc.date.created2014-09-25nb_NO
dc.date.issued2014nb_NO
dc.identifier749845nb_NO
dc.identifier.isbn978-82-326-0404-3 (printed ver.)nb_NO
dc.identifier.isbn978-82-326-0405-0 (electronic ver.)nb_NO
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/247388
dc.description.abstractWith the ability to control the structure of multiphase materials for applications on the nano- and mesoscale, methods for imaging these materials are becoming increasingly important. Especially techniques able to image sub-micron structures of materials in situ (while they perform their function) are in high demand, as these problems often fall outside the range of electron microscopy due to requirements of complex sample environments or less invasive sample preparation procedures. Ptychography is a technique for lens-less imaging, first implemented with X-rays in 2007 and still in rapid development. Relying on an iterative reconstruction algorithm to form direct space images from a series of coherent small-angle scattering patterns, thus solving the ‘phase problem’, it yields quantitative images of both the absorption and phase shift induced by the object. The penetrating power of X-rays allows ptychography to work also in customized sample environments, such as high temperatures and specific gas atmospheres. Using computed tomography methods, ptychography can also provide threedimensional images. The introductory part of this thesis opens by describing the principle of phase retrieval by ptychography using a simple model. It follows a review of the hard X-ray implementation of ptychography with experimental aspects emphasized. Existing literature applying X-ray ptychography to materials science problems is reviewed and the papers that are part of the thesis are introduced. In addition to summarizing, the conclusion points out developments of ptychography as a method from which materials science may benefit. The papers included in this thesis explore the potential of imaging by hard X-ray ptychography for solving problems in materials science. Our focus is primarily on in situ structure investigations of highly inhomogeneous materials with structures on length scales approaching 10nm. Firstly, single textile fibres were imaged using ptychographic tomography while exposed to humidity, revealing anisotropic swelling and measuring the quantity of absorbed water. Secondly, a mechanical compression test was performed on a micro-composite while acquiring three-dimensional images with ptychographic tomography, demonstrating that changes in density as observed by ptychographic tomography yields information on strain fields and can be used to verify finite element models. As a last example, CO2 acceptor nanoparticles were imaged with ptychography at relevant reaction conditions of 620 ◦C and alternating between ambient atmosphere and 1 atm CO2, showing that ptychography can image catalysts at operating conditions.nb_NO
dc.description.abstractVår evne til å kontrollere strukturen til flerfasematerialer på nano- og mesoskala gjør metoder for å avbilde slike materialer stadig viktigere. Særlig teknikker som kan avbilde materialstrukturer mindre enn én mikrometer in situ (mens materialet utfører sin funksjon) er etterspurte, siden elektronmikroskopi er lite egna for slike problemstillinger på grunn av krav om komplekse prøvemiljø eller mindre inngripende prøveprepareringsteknikker. Ptykografi er en teknikk for avbildning uten bruk av linser som først ble implementert med røntgenstråler i 2007 og forsatt er i rask utvikling. Teknikken baserer seg på at iterative rekonstruksjonsalgoritmer danner bilder i det direkte rom fra et sett av koherente småvinkelspredningsmønstre, noe som løser "faseproblemet", og dermed gir kvantitative bilder av både absorpsjonen og faseskiftet forårsaket av objektet. Røntgenstrålenes gjennomtrengningskraft gjør det mulig å bruke ptykografi også i skreddersydde prøvemiljø, slik som høye temperaturer og bestemte gassatmosfærer. Om metoder fra computertomografi (CT) benyttes kan ptykografi også gi tredimensjonale bilder. Introduksjonsdelen av denne avhandlinga åpner med å beskrive prinsippene ved faseframkalling i ptykografi gjennom en enkel modell. Deretter følger en gjennomgang av hvordan ptykografi implementeres med hard røntgenstråling, med vekt på eksperimentelle aspekter. Videre gjennomgås eksisterende litteratur der røntgenptykografi har blitt tatt i bruk på problemstillinger i materialvitenskap, og publikasjonene som danner grunnlaget for denne avhandlinga blir introdusert. Utover å oppsummere peker konklusjonen også på utvikling av ptykografi som metode som kan gavne materialvitenskapen. Publikasjonene inkludert i denne avhandlinga utforsker potensialet avbildning med ptykografi basert på hard røntgenstråling har for å bidra til å løse problemstillinger i materialvitenskap. Vi fokuserer hovedsaklig på in situ studier av strukturen til svært inhomogene materialer med strukturer på lengdeskalaer ned mot 10 nm. I to av eksperimentene ble enkeltstående tekstilfibre avbildet med ptykografisk tomografi mens de ble eksponert for fuktighet, og vi viste at fibrene sveller anisotropisk og målte mengden absorbert vann. Det tredje eksperimentet undersøkte en komposittkule under mekanisk kompresjon med ptykografisk tomografi og demonstrerte at endringer i tetthet observert med denne teknikken gir informasjon om tøyningsfelt og kan brukes til å verifisere modellering med elementmetoden. I det siste eksperimentet ble nanopartikler for CO2-fangst med ptykografi avbildet ved relevante betingelser, temperatur på 620 C og en atmosfære som vekslet mellom 1 atm luft og 1 atm CO2, noe som viser at ptykografi kan avbilde katalysatorer ved deres arbeidsbetingelsernb_NO
dc.languageengnb_NO
dc.publisherNTNU-trykknb_NO
dc.relation.ispartofseriesDoktoravhandlinger ved NTNU, 1503-8181; 2014:244nb_NO
dc.titleIn situ hard X-ray ptychographic imaging for materials sciencenb_NO
dc.typeDoctoral thesisnb_NO
dc.contributor.departmentNorges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Fakultet for naturvitenskap og teknologi, Institutt for fysikknb_NO
dc.description.degreePhD i fysikknb_NO
dc.description.degreePhD in Physicsen_GB


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel