这篇论文的研究内容由卡尔斯鲁厄理工学院的Rafaela Debastiani及其所在团队发表在《Microscopy Research and Technique》期刊上。论文探讨了在进行原位实验时，如何克服由于成像角度限制而导致的重建精度问题。
随着对材料行为和特性的理解日益深入，原位实验在材料科学中的重要性不断上升。通过结合X射线计算机断层扫描（CT）技术，研究人员能够实时观察样品在施加外部刺激（如机械加载）下的内部结构变化。然而，实验条件的复杂性，尤其是在低对比度聚合物材料的成像中，常常导致数据重建的困难。在本研究中，Debastiani教授及其团队使用了Xradia 810 Ultra实验室级X射线显微镜进行原位机械测试。该设备的成像角度限制为140°，这对于低对比度的聚合物材料来说，可能导致重建过程中信息的缺失，从而影响对微观结构的准确重建。
本研究的主要目的是评估在有限角度范围内进行X射线CT扫描时，如何通过优化样品的定位来提高重建的准确性。研究团队通过对两种不同几何形状的聚合物样品进行扫描，系统地分析了由于成像角度限制而导致的重建不准确性。样品A为四面体微格子结构，样品B为均匀的圆柱形样品。这两种样品均采用3D直接激光写入技术（3D-DLW）打印而成，使用的设备为Nanoscribe的PPGT2系统，并直接固定在原位加载台的钛针上。样品的扫描分为标准扫描（180°）和原位扫描（140°），并通过调整样品的角度来观察不同位置对重建结果的影响。
在重建过程中，研究团队使用了Zeiss Scout和Scan Control System Reconstructor软件，该软件基于滤波反投影算法（FBP）进行数据重建。通过对比不同扫描角度和样品位置的重建结果，研究人员能够识别出由于成像角度限制而导致的缺失信息区域。研究结果表明，使用原位加载台进行140°扫描时，样品的重建结果存在明显的缺陷。
例如，样品A在140°扫描中出现了“水平梁”的缺失，而在180°扫描中则能够完整重建。通过将样品旋转90°，研究人员发现重建结果显著改善，几乎与180°扫描的结果相当。这表明，样品的定位和旋转能够有效改善X射线照射的均匀性，从而提高重建的准确性。
此外，研究还发现，通过在样品表面涂覆100纳米的铝氧化物（Al₂O₃）层，可以显著提高聚合物样品的对比度，进而改善重建效果。尽管涂层能够提高重建质量，但由于其可能改变样品的机械性能，因此在进行原位机械测试时并不总是可行的。研究的痛点主要集中在成像角度限制、低对比度材料的挑战以及样品定位的复杂性。由于原位加载台的设计，成像角度被限制在140°，这对于低对比度样品的重建造成了挑战。缺失的角度信息导致了重建过程中微观结构的缺失或模糊。
本研究为未来在低对比度聚合物材料的原位成像和重建提供了重要的参考。通过优化样品的定位和使用对比度增强技术，研究人员可以在有限的成像条件下获得更准确的重建结果。未来的研究可以进一步探索新型对比剂的开发，以提高低对比度材料的成像效果，从而改善重建质量。此外，探索更先进的成像技术和算法，以克服成像角度限制带来的挑战，尤其是在动态原位实验中，也是一个重要的研究方向。结合其他成像技术（如电子显微镜或超声波成像），以获得更全面的材料特性信息，将为材料科学的进一步研究奠定基础。
Debastiani及其团队的研究为在原位加载条件下进行低对比度聚合物材料的X射线CT成像提供了新的思路和方法。通过优化样品的定位和使用对比度增强技术，研究人员能够有效提高重建的准确性，为材料科学的进一步研究奠定了基础。未来的研究将继续探索如何克服现有技术的限制，以推动材料表征和性能评估的进步。
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https://doi.org/10.1002/jemt.24746