3-D microstructure reconstruction of polymer nano-composite using FIB–SEM and statistical correlation function

Sheidaei, Azadeh; Baniassadi, Majid; Banu, Mihaela; Askeland, Per; Pahlavanpour, M.; Kuuttila, Nick; Pourboghrat, Farhang; Drzal, Lawrence T.; Garmestani, Hamid

doi:10.1016/j.compscitech.2013.03.001

Cited by 76 publications

(30 citation statements)

References 47 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Nano-tomography applied through the use of FIB-SEM microscopes is a powerful analytical tool that is being increasingly applied to biological [81], material [82,83], and geological problems [37,[84][85][86][87]. Specifically, the integration of FIB capabilities into a typical SEM allows for the removal of material with a high spatial control and precision to generate images of the freshly exposed material in situ within minutes.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Nano-Tomography of Porous Geological Materials Using Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy

Liu

Huis

et al. 2016

Minerals

View full text Add to dashboard Cite

Tomographic analysis using focused ion beam-scanning electron microscopy (FIB-SEM) provides three-dimensional information about solid materials with a resolution of a few nanometres and thus bridges the gap between X-ray and transmission electron microscopic tomography techniques. This contribution serves as an introduction and overview of FIB-SEM tomography applied to porous materials. Using two different porous Earth materials, a diatomite specimen, and an experimentally produced amorphous silica layer on olivine, we discuss the experimental setup of FIB-SEM tomography. We then focus on image processing procedures, including image alignment, correction, and segmentation to finally result in a three-dimensional, quantified pore network representation of the two example materials. To each image processing step we consider potential issues, such as imaging the back of pore walls, and the generation of image artefacts through the application of processing algorithms. We conclude that there is no single image processing recipe; processing steps need to be decided on a case-by-case study.

show abstract

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Nano-Tomography of Porous Geological Materials Using Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy

Liu

Huis

et al. 2016

Minerals

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Основные идеи предложе-ны в работах [1][2][3][4]. Также можно выделить труды [5][6][7][8][9], которые посвящены методологии описания и идентификации микроструктуры неоднородных сред при помощи корреляци-онных функций; в работах [10][11][12][13] представлены результаты анализа свойств микро-структуры и их связи с механическими и физическими свойствами среды; влиянию пара-метров микроструктуры на эффективные свойства посвящены работы [14][15][16][17][18][19]. При этом отдельным вопросом является создание и идентификация точной геометрической модели микроструктуры конкретного материала [20][21][22][23].…”

Section: Introductionunclassified

Stochastical Model of Microstructural Failure Based on Restoration of Distributions Laws for Random Stress and Strain Fields in Microheterogeneous Media

2017

PNRPU MB

View full text Add to dashboard Cite

Ташкинов М.А. Стохастическая модель микроструктурного разрушения на основе восстановления законов распределений случайных полей в микронеоднородных средах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2017Механика. - . -№ 4. -С. 76-91. DOI: 10.15593/perm.mech/2017 Tashkinov M.A. Stochastical model of microstructural failure based on restoration of distributions laws for stress and strain fields in heterogeneous media. PNRPU Mechanics Bulletin, 2017, no.4, pp. 76-91. DOI: 10.15593/perm.mech/2017 Распространенным направлением в микромеханике структурно-неоднородных сред со случайной структурой являются методы стохастической механики. Неоднород-ность микроструктуры гетерогенного материала оказывает значительное влияние на распределение полей напряжений и деформаций при нагружении. Методы и инстру-менты статистического анализа позволяют учитывать взаимодействия внутри системы многих частиц, которой является случайная структура, и исследовать распределения полей с аналитической точки зрения, что используется при создании стохастических моделей, описывающих механическое поведение материала.В данной работе представлен подход к анализу распределений полей напряжений и деформаций в представительных объемах неоднородных сред на основе восстанов-ления их законов распределения. Описаны способы нахождения параметров законов распределения. В рамках стохастической модели для этого используются центральные моменты случайной величины, полученные для полей напряжений и деформаций в отдельных фазах материала. Предложен алгоритм расчета вероятности разрушения с использованием законов распределения полей напряжений и деформаций на основе вероятностного представления критериев разрушения. На основе анализа вероятности разрушения компонентов представительного объема предложена стохастическая мо-дель прогрессирующего разрушения.Приведены некоторые численные результаты для частного случая неодно-родной структуры, проведено сравнение полученных с помощью стохастической модели оценок с результатами конечно-элементного моделирования. Проведено сравнение различных типов параметрических законов распределения, используе-мых для отражения реального распределения полей напряжений в представитель-ном объеме, на основе полученных данных конечно-элементного анализа и расче-та моментов в рамках стохастической модели. Для исследуемого частного случая реализована методика расчета вероятностей разрушения при статическом нагру-жении представительного объема. © ПНИПУ Ключевые слова:стохастическая краевая задача; случайная структура; критерии разрушения; поля напряжений и деформаций; статистическое осреднение; конечно-элементная модель; вероятность разрушения.  Ташкинов Михаил

show abstract

“…Accurate evaluation of macroscopic properties for the heterogeneous materials such as elastic, thermal, electrical and transport properties, usually requires a detailed re- Tel./fax: +9821 6111 4035; e-mail: m.baniassadi@ut.ac.ir alization of the full three-dimensional (3D) microstructure. Direct reconstruction techniques such as stitching digitized serial section images acquired by FIB-SEM, X-ray computed tomography (micro-CT) and scanning laser confocal microscopy are not well-suited to the routine engineering applications mostly due to expensive technology, lack of skilled operators and many other technical issues involved (Talukdar et al, 2002;Sheidaei et al, 2013). 3D reconstruction of 2D images is highly sought for many applications in homogenization, characterization and in general to establish structure-to-property relationships (Torquato, 2002;Adams et al 2013).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Efficient three‐phase reconstruction of heterogeneous material from 2D cross‐sections via phase‐recovery algorithm

Hasanabadi

Baniassadi

Abrinia

et al. 2016

Journal of Microscopy

View full text Add to dashboard Cite

Digital reconstruction of a complex heterogeneous media from the limited statistical information, mostly provided by different imaging techniques, is the key to the successful computational analysis of this important class of materials. In this study, a novel approach is presented for three-dimensional (3D) reconstruction of a three-phase microstructure from its statistical information provided by two-dimensional (2D) cross-sections. In this three-step method, first two-point correlation functions (TPCFs) are extracted from the cross-section(s) using a spectral method suitable for the three-phase media. In the next step, 3D TPCFs are approximated for all vectors in a representative volume element (RVE). Finally, the 3D microstructure is realized from the full-set TPCFs obtained in the previous step, using a modified phase-recovery algorithm. The method is generally applicable to any complex three-phase media, here illustrated for an SOFC anode microstructure. The capabilities and shortcomings of the method are then investigated by performing a qualitative comparison between example cross-sections obtained computationally and their experimental equivalents. Finally, it is shown that the method almost conserves key microstructural properties of the media including tortuosity, percolation and three-phase boundary length (TPBL).

show abstract

3-D microstructure reconstruction of polymer nano-composite using FIB–SEM and statistical correlation function

Cited by 76 publications

References 47 publications

Nano-Tomography of Porous Geological Materials Using Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy

Nano-Tomography of Porous Geological Materials Using Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy

Stochastical Model of Microstructural Failure Based on Restoration of Distributions Laws for Random Stress and Strain Fields in Microheterogeneous Media

Efficient three‐phase reconstruction of heterogeneous material from 2D cross‐sections via phase‐recovery algorithm

Contact Info

Product

Resources

About