在材料科学和工程领域，对材料内部结构的深入理解对于新材料的开发和现有材料性能的提升至关重要。显微计算机断层扫描（Micro-CT）技术作为一种先进的成像工具，能够在不破坏样品的情况下，揭示材料内部的微观结构，包括孔隙率、裂纹、颗粒分布和相界面等。

显微CT以其高分辨率、非侵入性和多尺度分析能力，为材料结构、性能与失效机理的研究提供了全新的手段。本文将从显微CT的基本原理、技术特点及其在材料研究中的典型应用展开讨论。

PART.01  显微CT的基本原理

显微 CT 技术利用 X 射线照射样品，通过探测器记录透射的 X 射线强度分布，再利用计算机算法重构出样品的三维内部结构。其能够在非破坏的情况下，提供高分辨率和三维图像。

显微 CT 结构示意图：射线源和探测器不动，样品台旋转

显微 CT 技术可以无损地提供详细的材料内部信息，包括：

结构信息：如直径、体积、表面积、圆度、连通性、空间分布......

密度信息：如空腔孔隙、元素轻重、成分分布......

三维模型：如有限元分析、3D 打印...... 

PART.02  Neoscan 显微CT在材料研究中的应用

应用一：复合材料

显微CT技术在复合材料领域的应用至关重要，它提供了一种非破坏性的三维成像方法，使得研究人员能够详细观察和分析材料内部的微观结构，包括纤维分布、孔隙、裂缝、界面结合以及材料加工过程中的损伤和缺陷。这些信息对于优化复合材料的设计、提高其力学性能、确保质量和可靠性以及指导材料科学创新具有重要作用。通过显微CT技术，复合材料的内部特性得以清晰展现，为材料性能的预测、评估和改进提供了科学依据。

使用Neoscan N90 高分辨纳米CT以 168nm 体素尺寸扫描CFRP 碳纤维增强复合材料，内部结构清晰可见

使用Neoscan 高分辨显微CT以 860nm 像素大小扫描玻璃纤维增强复合材料，内部结构清晰可见

使用 Neoscan 台式显微CT扫描三维编织复合材料，可清晰展示其内部结构，观测内部孔隙分布与进行孔隙率计算，并提取空腔和各组分进行空间分布展示 

应用二：高分子材料

显微 CT 技术作为一种强大的无损检测工具，已经在高分子材料的研究和开发中展现了广泛的应用前景。无论是孔隙分析、纤维结构表征，还是裂纹检测与热老化监测，显微 CT 都能够提供深入的微观结构信息，帮助研究人员深入理解材料的微观结构和性能之间的关系，促进企业优化工艺、提升产品性能。在未来，显微 CT 将继续推动高分子材料领域的创新发展，为更多行业提供高性能的材料解决方案。

使用Neoscan 高分辨显微CT扫描过滤海绵，内部结构清晰可见

 应用三：陶瓷材料 

显微CT技术允许研究人员能够详细观察和分析陶瓷材料的内部微观结构。通过该技术可以揭示陶瓷中的孔隙、裂纹、晶界、相分布以及材料的密度和成分分布，对于理解陶瓷的力学性能、热稳定性和耐磨性至关重要。显微CT技术还有助于评估陶瓷材料在制造过程中的缺陷，如烧结过程中产生的气孔和微观裂纹，从而指导材料的优化和提高产品质量。

使用 Neoscan 高分辨显微CT扫描陶瓷材料。计算内部孔隙度，提取三维微观结构进行有效渗透率模拟，并提出与微观结构指标的相关性

使用Neoscan N90 高分辨纳米CT以 170nm 体素尺寸扫描MLCC 多层陶瓷电容器，无损揭示电容器内部结构、电极层和陶瓷介质层分布

 应用四：金属材料

 显微CT在金属材料领域发挥着重要作用，通过其高分辨率的三维成像能力，可以直观观察金属内部微观结构，揭示气孔、裂纹及夹杂物等缺陷特征，评估其对材料性能的影响。此外，显微CT还能动态监测金属材料在热处理、加载或腐蚀过程中的微观变化，帮助优化制造工艺和改进材料设计，是研究金属力学性能、疲劳行为及失效机制的关键工具。

使用Neoscan 高分辨显微CT扫描 3D 打印钛合金零件，通过CT扫描提取模型，与原始CAD模型对比，找到制造偏差

Neoscan N80 高分辨显微CT 有110kV的球管电压，可透过铝合金涡轮最厚 7 厘米的部分进行成像。

 应用五：锂电材料

显微CT在锂电材料研究中主要用于无损解析电极和电池内部的三维微观结构，评估活性材料的分布、孔隙率、颗粒形态及电极厚度均匀性，同时揭示电极材料在充放电循环中的体积变化、裂纹形成和界面演化过程。该技术为优化锂电材料设计、提升电池性能及研究失效机制提供了重要支持。

使用 Neoscan N90 高分辨纳米CT 以 580nm 体素尺寸扫描锂电池，内部结构得以清晰展示

应用六：木材

显微CT在木材研究中具有重要应用，可用于无损解析木材内部的微观结构，包括纤维排列、导管分布、孔隙特性和年轮结构等。它能够揭示木材在干燥、加工、加载及降解过程中的内部变化，分析裂纹、空洞等缺陷的形成与扩展。此外，显微CT还能用于研究木材-胶粘剂界面结合特性、生物侵蚀路径及木材改性效果，为木材科学、加工工艺优化及产品性能提升提供精确数据支持。

使用Neoscan 高分辨显微CT扫描木材，内部纤维排列、孔隙分布清晰可见

应用七：岩石材料

显微CT在岩石材料研究中广泛应用于无损解析岩石的内部微观结构，能够精确表征孔隙分布、裂隙形态及矿物组分分布等特性。它在岩石的渗透性研究、储层评价及力学性能分析中具有重要作用，可动态监测岩石在加载、侵蚀及流体注入过程中的微观变化。此外，显微CT还能用于模拟岩石内部流体流动，揭示油气储层。

值得一提的是，Neoscan  N90 高分辨纳米CT通过配备集成的 XRF 系统，可以进行样品元素的空间分布分析，实现化学成分的精确识别和定位。这项功能为材料科学、地质学及生物医学等领域的研究人员提供了更加全面的数据，能够帮助他们深入了解样品的成分和结构之间的关系。

使用 Neoscan N90 台式纳米 CT 扫描黄铜矿（Calcopyrite)样品，XRF 系统分析其化学成分