Rekonstruktion poröser Strukturen aus FIB-REM-Bildern
Moderne Werkstoffe wie Gasdiffusionsschichten für Brennstoffzellen, Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien, Filtermedien oder keramische Werkstoffe mit aktiven Komponenten haben komplexe Strukturen, die das Materialverhalten hochgradig beeinflussen. Diese Strukturen kann man mit der Focused Ion Beam Technik (FIB) kombiniert mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) dreidimensional sichtbar machen. Bei hoher Porosität entspricht die mittels FIB-REM-Technik aus den zweidimensionalen Schnitten rekonstruierte dreidimensionale Struktur jedoch nicht der realen Struktur, da durch die Poren auf den einzelnen Bildern nicht nur die tatsächliche Schnittfläche, sondern auch Bereiche hinter der Fläche sichtbar sind. Kenntnisse über die Nanostruktur dieser Materialien sind jedoch u. a. deshalb wichtig, weil sie für Simulationen benötigt werden in denen z. B. Vorgänge in Fahrzeugen mit alternativen Antrieben (Elektro-, Brennstoff¬zellen¬fahrzeuge) berechnet werden. Ohne diese Kenntnisse werden die Fahrzeuge signifikant größer und schwerer und haben damit auch einen höheren Rohstoff- und Energieverbrauch.
Ziel des Verbundprojekts „REPOS“ des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, der Universität des Saarlandes und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) ist die Validierung einer neu entwickelten Rekonstruktionsmethode für poröse dreidimensionale Strukturen aus FIB-REM Bilddaten. Als Ergebnis soll der erste für ganze Strukturklassen einsetzbare Algorithmus für die halbautomatische dreidimensionale Rekonstruktion poröser Nanostrukturen aus FIB-REM-Daten zur Verfügung stehen.
Zur Validierung wird die Rekonstruktionsmethode zum einen an verschiedenen relevanten Materialien getestet, zum anderen müssen die Parameter direkt aus den Bilddaten und zugänglichen Zusatzinformationen gewonnen werden. Im Anschluss an das Vorhaben könnte die Rekonstruktionsmethode als Dienstleistung oder Software-Zusatzmodul angeboten werden.