Published September 2, 2023
| Version v1
Publication
Open
Ptychographic X-ray computed tomography of porous membranes with nanoscale resolution
Creators
- 1. King Abdullah University of Science and Technology
- 2. Brazilian Center for Research in Energy and Materials
- 3. Brazilian Synchrotron Light Laboratory
- 4. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Description
Abstract New visualization methods can be utilized to resolve structures at resolutions that were previously unachievable. 3D images of porous materials with high resolution have been so far obtained using transmission electron tomography or focused ion beam coupled with scanning electron microscopy. For these methods, ultra-vacuum is required, and only a small volume of the sample is visualized. Here, we demonstrate the application of ptychographic X-ray computed tomography for the visualization of soft matter with a resolution of 26 nm over large fields of view. Thanks to the high-penetration depth of the X-ray beam, we visualize the 3D complex porous structure of polyetherimide hollow fibers in a non-destructive manner and obtain quantitative information about pore size distribution and pore network interconnectivity across the whole membrane wall. The non-destructive nature of this method, coupled with its ability to image samples without requiring modification or a high vacuum environment, makes it valuable in the fields of porous- and nano-material sciences enabling imaging under different environmental conditions.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يمكن استخدام طرق التصور الجديدة لحل الهياكل في القرارات التي كانت غير قابلة للتحقيق في السابق. تم حتى الآن الحصول على صور ثلاثية الأبعاد للمواد المسامية ذات الدقة العالية باستخدام التصوير المقطعي بالإلكترون أو شعاع الأيونات المركزة إلى جانب المجهر الإلكتروني الماسح. بالنسبة لهذه الطرق، يلزم وجود فراغ فائق، ويتم تصور حجم صغير فقط من العينة. هنا، نوضح تطبيق التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية لتصور المادة الرخوة بدقة 26 نانومتر على مجالات رؤية كبيرة. بفضل عمق الاختراق العالي لشعاع الأشعة السينية، نتصور البنية المسامية المعقدة ثلاثية الأبعاد للألياف المجوفة من البولي إيثر إيميد بطريقة غير مدمرة ونحصل على معلومات كمية حول توزيع حجم المسام والترابط البيني للشبكة المسامية عبر جدار الغشاء بأكمله. إن الطبيعة غير المدمرة لهذه الطريقة، إلى جانب قدرتها على تصوير العينات دون الحاجة إلى تعديل أو بيئة فراغ عالية، تجعلها ذات قيمة في مجالات علوم المواد المسامية والنانوية التي تمكن التصوير في ظل ظروف بيئية مختلفة.Translated Description (French)
Résumé De nouvelles méthodes de visualisation peuvent être utilisées pour résoudre des structures à des résolutions qui étaient auparavant impossibles à atteindre. Des images 3D de matériaux poreux à haute résolution ont été obtenues jusqu'à présent en utilisant la tomographie électronique par transmission ou le faisceau d'ions focalisé couplé à la microscopie électronique à balayage. Pour ces méthodes, l'ultra-vide est nécessaire, et seul un petit volume de l'échantillon est visualisé. Ici, nous démontrons l'application de la tomodensitométrie ptychographique à rayons X pour la visualisation de la matière molle avec une résolution de 26 nm sur de grands champs de vision. Grâce à la profondeur de pénétration élevée du faisceau de rayons X, nous visualisons la structure poreuse complexe 3D des fibres creuses de polyétherimide de manière non destructive et obtenons des informations quantitatives sur la distribution de la taille des pores et l'interconnectivité du réseau de pores sur toute la paroi de la membrane. La nature non destructive de cette méthode, associée à sa capacité à imager des échantillons sans nécessiter de modification ni d'environnement sous vide poussé, la rend précieuse dans les domaines des sciences poreuses et des nanomatériaux permettant l'imagerie dans différentes conditions environnementales.Translated Description (Spanish)
Resumen Se pueden utilizar nuevos métodos de visualización para resolver estructuras en resoluciones que antes eran inalcanzables. Hasta ahora se han obtenido imágenes 3D de materiales porosos con alta resolución utilizando tomografía electrónica de transmisión o haz de iones enfocado junto con microscopía electrónica de barrido. Para estos métodos, se requiere ultra-vacío, y solo se visualiza un pequeño volumen de la muestra. Aquí, demostramos la aplicación de la tomografía computarizada de rayos X pticográfica para la visualización de materia blanda con una resolución de 26 nm en grandes campos de visión. Gracias a la alta profundidad de penetración del haz de rayos X, visualizamos la compleja estructura porosa 3D de las fibras huecas de polieterimida de una manera no destructiva y obtenemos información cuantitativa sobre la distribución del tamaño de poro y la interconectividad de la red de poros en toda la pared de la membrana. La naturaleza no destructiva de este método, junto con su capacidad para obtener imágenes de muestras sin necesidad de modificación o un entorno de alto vacío, lo hace valioso en los campos de las ciencias porosas y de nanomateriales que permiten la obtención de imágenes en diferentes condiciones ambientales.Files
s43246-023-00396-x.pdf.pdf
Files
(2.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:72903b57e43b40ee63f05374d34a8af8
|
2.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية للأغشية المسامية بدقة نانوية
- Translated title (French)
- Tomographie par rayons X ptychographique des membranes poreuses avec une résolution à l'échelle nanométrique
- Translated title (Spanish)
- Tomografía computarizada de rayos X picográfica de membranas porosas con resolución a nanoescala
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4386387227
- DOI
- 10.1038/s43246-023-00396-x
References
- https://openalex.org/W1847564501
- https://openalex.org/W1903807639
- https://openalex.org/W1995832168
- https://openalex.org/W1997926517
- https://openalex.org/W2010108504
- https://openalex.org/W2022462155
- https://openalex.org/W2031457999
- https://openalex.org/W2033523777
- https://openalex.org/W2050709101
- https://openalex.org/W2058716938
- https://openalex.org/W2062244301
- https://openalex.org/W2062906151
- https://openalex.org/W2076284448
- https://openalex.org/W2078275934
- https://openalex.org/W2079430250
- https://openalex.org/W2096380898
- https://openalex.org/W2101769813
- https://openalex.org/W2119379479
- https://openalex.org/W2129821692
- https://openalex.org/W2149163840
- https://openalex.org/W2181233569
- https://openalex.org/W2295357942
- https://openalex.org/W2331218787
- https://openalex.org/W2332136976
- https://openalex.org/W2339540635
- https://openalex.org/W2564269109
- https://openalex.org/W2580300294
- https://openalex.org/W2590446844
- https://openalex.org/W2597932219
- https://openalex.org/W2605933501
- https://openalex.org/W2772629285
- https://openalex.org/W2800558575
- https://openalex.org/W2888259590
- https://openalex.org/W2897124726
- https://openalex.org/W2899392766
- https://openalex.org/W2959317056
- https://openalex.org/W2966397899
- https://openalex.org/W2970321010
- https://openalex.org/W2973002250
- https://openalex.org/W2976563630
- https://openalex.org/W2997332132
- https://openalex.org/W3102640575
- https://openalex.org/W3114025680
- https://openalex.org/W3160099917
- https://openalex.org/W3161120331
- https://openalex.org/W3180622551
- https://openalex.org/W4211184525
- https://openalex.org/W4242999659
- https://openalex.org/W4282022737
- https://openalex.org/W4283368043
- https://openalex.org/W4290673655
- https://openalex.org/W4297995912
- https://openalex.org/W4376623376