[图]科学家找到不伤害珍珠母情况下测量厚度的方法

摘要:

在红鲍(red abalone)其他软体动物中发现的珍珠母(nacre)具备非常强的断裂性。而这也是研究人员对这种天然材料感兴趣的一个重要原因,来自 UW–Madison 的科学团队希望找到在不伤害珍珠母情况下测量厚度的方法。

大多数人都是从纽扣、珠宝、乐器镶嵌和其他装饰品中认识珍珠母贝的,它是一种彩虹色的生物矿物,也被称为珍珠母贝。在过去几十年来,科学家欣赏和赞叹珍珠母的原因不仅是因为它的美丽和光学特性,更因为特殊的韧性。

已经研究珍珠母有十多年、来自威斯康星大学麦迪逊分校物理学教授 Pupa Gilbert 表示:“它是研究最多的天然生物矿物之一。它可能看起来只是一种有光泽的装饰材料。但它的抗断裂能力可以比霰石(Aragonite,它的原料)高出3000倍。它引起了材料科学家的兴趣,因为让材料比其部分之和更好,是极具吸引力的”。

现在科学家发现了一种全新的、无损的光学技术--高光谱干涉断层扫描(hyperspectral interference tomography),相关论文已经发表在《美国国家科学院院刊》期刊上。这项发现由Gilbert、威斯康星大学麦迪逊分校电气工程教授 Mikhail Kats 和她的学生共同完成的。

在深入了解之后,Gilbert 已经摸清了珍珠母是如何形成、排序、抵抗断裂的,以及它的分层结构是如何记录其形成的温度的。珍珠母的这种分层结构能反射光线,并根据层厚产生不同的颜色。这使得人们有兴趣找到一种评估纳克层厚度的方法,而这种方法不需要破坏沉积在其中的软体动物外壳。

为了帮助解决这个挑选,Gilbert 求助于 Kats 和研究生 Jad Salman,他们是光学现象领域的专家。Salman 表示:“如果你想探测这种具有弯曲地形的贝壳,用传统的光谱仪是很难得到好的光谱的”。该团队转而采用一种较新的技术--高光谱摄影,对贝壳的整个光谱进行成像。

图片中 Mikhail Kats(左)和Jad Salman(右)

Salman 表示:“这是一个成像光谱仪,图像中的每个像素都给出了一个完整的光谱。当我们在我们的设置中使用相机时,我们可以轻松地在贝壳的大而不均匀的表面上提取可靠的光谱数据”。

除了红鲍之外,该团队还对来自新西兰的彩虹鲍(rainbow abalone)进行了成像。随后,Salman 利用他开发的复杂建模软件,利用高光谱数据逐个像素确定了珍珠母的厚度。该团队将这一技术组合称为高光谱干涉断层成像技术,并预计它将适用于测量在植物、动物、地质样品或合成材料中发现的其他透明、分层结构。

查看评论
created by ceallan