突破性科技！實驗室級3D X光顯微技術問世，材料研究不再受限

密西根大學工程團隊最新研究顯示，科學家現在無需前往粒子加速器設施，就能在一般實驗室內使用X光研究金屬、陶瓷和岩石的微觀結構。這項突破性成果已發表於《自然通訊》期刊。

這項新技術讓「3D X光繞射成像」(3DXRD)變得更加普及，不僅能加速學術界與產業界的樣本分析流程，也為學生提供更多研究機會。其運作原理類似電腦斷層掃描，透過多角度X光照射重建3D影像。不同的是，研究人員會將數毫米寬的材料樣本置於旋轉平臺上，接受強度達醫療X光百萬倍的強大光束照射。

這種高強度X光能清晰呈現多晶體材料的微觀結構，讓科學家精確測量數千個晶體的體積、位置、取向和應變狀態。舉例來說，分析受壓鋼樑樣本可觀察晶體如何承受建築物重量，有助理解材料的大規模磨損機制。

過去，同步輻射光源是唯一能產生足夠X光強度的設施。全球雖有約70座同步輻射設施，但研究團隊需提出計畫申請「光束時間」，獲準後可能還得等待半年至兩年，且實驗時間最長僅六天。

為突破這些限制，研究團隊與PROTO Manufacturing合作，打造出首臺實驗室級3DXRD裝置。整套系統約家用浴室大小，未來甚至可縮減至儲物櫃規模。

研究主要作者、機械工程與材料科學助理教授Ashley Bucsek表示：「這項技術讓我們能嘗試高風險高報酬的創新實驗，同時為學生創造更多學習機會，不必再受同步輻射排程限制。」

關鍵突破在於採用液態金屬噴射陽極技術，解決傳統固態陽極易熔化的問題。經測試，實驗室級3DXRD的準確度高達96%，特別擅長分析60微米以上的較大晶體。研究團隊指出，若搭配更靈敏的光子計數偵測器，將能捕捉更細微的晶體結構。

Bucsek生動比喻：「實驗室級3DXRD就像後院望遠鏡，同步輻射3DXRD則是哈伯太空望遠鏡。雖然某些情況仍需哈伯，但現在我們能先充分準備，大幅提升大型實驗的成功率。」

這項技術不僅提高研究便利性，更能突破同步輻射六天的實驗限制，特別適合研究材料在反覆受力下的變化。共同第一作者Seunghee Oh現已轉任阿貢國家實驗室X光科學部門，持續推動相關研究發展。

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