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显微CT到底是什么?和 X-Ray、扫描电镜、超声检测有什么区别?一次看懂!

显微CT到底是什么?和 X-Ray、扫描电镜、超声检测有什么区别?一次看懂!
复纳科技  2025-10-21  |  阅读:329

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在日常生活中,我们熟悉的CT大多出现在医院,医生通过它来判断身体内部的健康状况。可是你知道吗?这项技术早已“走出医院”,进入了科研和工业检测领域,并且分辨率提升到了微米甚至亚微米级,能揭示各种材料、生命科学和文物的内部奥秘。这就是显微CT。


本篇文章我们带大家全面认识显微CT,它与 X-ray 设备、扫描电镜和超声检测有何不同,又能在哪些领域发挥作用。


PART.01

显微CT的诞生与发展

1895年,德国物理学家威廉·康拉德·伦琴(Wilhelm Conrad Röntgen)在研究阴极射线时,意外发现了一种能够穿透人体和物体的新型射线。他用妻子的手做了第一张X光片,从此揭开了医学与材料检测“透视时代”的序幕。伦琴也因此获得了首届诺贝尔物理学奖。


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伦琴夫人手的 X 射线照片,摄于 1895 年 12 月 22 日


此后一个多世纪,X 射线成像不断发展,从早期的平面投影,到后来出现的计算机断层扫描(CT),实现了对人体和物体内部的三维重建。传统CT多用于医学诊断,而在科研和工业检测中,人们需要更高的分辨率、更精细的结构观察,于是“显微CT”(Micro-CT)应运而生。


PART.02

显微CT的成像原理

显微 CT 技术利用 X 射线照射样品,通过探测器记录透射的 X 射线强度分布,再利用计算机算法重构出样品的三维内部结构。其独特之处在于能够在非破坏的情况下,提供高分辨率和全方位的三维图像。


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医用CT

射线源和探测器绕人体旋转


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显微CT

射线源和探测器不动,样品台旋转


显微 CT 技术可以无损地提供详细的材料三维内部信息,包括:

1结构信息:如直径、体积、表面积、圆度、连通性、空间分布......

2密度信息:如空腔孔隙、元素轻重、成分分布......

3三维模型:如有限元分析、3D 打印......


PART.03

显微CT的应用

显微 CT 技术因其非破坏性、超高分辨率和三维成像能力,成为科学研究和工业应用不可或缺的工具。目前已经广泛应用于骨科、农业、考古、3D打印、制药、材料科学、地质、食品科学、电子半导体、锂电、汽车制造、航空航天等行业。以下结果均使用 Neoscan 高分辨显微 CT 进行观测成像。


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PART.04

显微CT 与 X-Ray 的区别

很多人会把显微CT和常见的 X-Ray 设备混为一谈,实际上两者虽然都利用 X 射线原理,但成像方式和应用场景差别很大。


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✦X-Ray和显微CT的区别(图片来源网络)


成像方式不同:

  • X-Ray设备:通过一次曝光获得二维投影图像,类似一张黑白照片,物体内部不同密度区域会在图像上叠加。

  • 显微CT:样品在X射线源和探测器之间旋转,系统采集成百上千张投影图像,经过计算机断层重建,生成样品的三维结构。


信息维度不同:

  • X-Ray设备:只能看到“叠加后的阴影”,难以分辨前后层次。

  • 显微CT:可以像“切片”一样逐层观察,获得清晰的内部三维模型。


分辨率与适用范围不同:

  • X-Ray设备:成像速度快、范围大,适合工业无损检测中快速发现大缺陷,比如焊点是否空洞、零件是否有裂纹。

  • 显微CT:分辨率更高,可达微米甚至亚微米级,能够解析材料内部的微孔、纤维、组织细节,更适合科研、精密制造和结构分析。


PART.05

显微CT与扫描电镜的区别

显微CT和扫描电镜都是微观研究的重要工具,但两者关注的方向完全不同。

扫描电镜利用电子束扫描样品表面,分辨率极高,可达纳米级,能呈现清晰的表面形貌与晶粒细节。但它只能看到表层,无法揭示内部信息,而且样品通常需要导电处理或喷金。


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✦扫描电子显微镜成像原理图【1】


显微CT则依靠 X 射线穿透成像,能够展示样品的三维内部结构,尤其适合研究材料的孔隙网络、裂纹走向以及多相分布。它的分辨率虽然低于电镜,但能看到电镜无法触及的“深处”。


两者常常结合使用:先用显微CT发现内部缺陷,再切片配合电镜分析细节。


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✦使用Neoscan 显微CT先定位IC样品通孔位置


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✦样品经离子研磨处理后放入飞纳电镜观察细节


PART.06

显微CT 与 超声检测的区别

超声检测依靠声波在材料中传播时的反射来判断缺陷位置,常用于大型构件的无损检测。它的优点是穿透深度大,能在厚壁材料中发现裂纹,但分辨率较低,结果更多依赖信号解释,难以直观展示缺陷形态。


显微CT使用 X 射线而非声波,分辨率更高,成像结果是清晰的三维影像。它特别适合中小型样品的精细结构研究,可以直观地看到裂纹走向、孔隙分布及材料界面。


PART.07

总结

因此,显微CT可以与其他检测手段配合使用,形成互补优势。通过这种多技术组合,科研人员和工程师能够在不同尺度上获得全面的样品信息:显微CT无损三维内部结构成像,电镜补充高分辨表面细节,X-Ray 和超声检测实现快速预筛选和整体评估,从而实现更精确、更高效的检测与分析。


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