提到CT技術(shù)，相信很多人第一時間會聯(lián)想到醫(yī)學(xué)影像學(xué)。的確，CT的發(fā)明與醫(yī)學(xué)有很多關(guān)系。CT的發(fā)明，是醫(yī)學(xué)影響學(xué)發(fā)展史上的一次革命。

 

1917年，奧地利數(shù)學(xué)家雷登（J. Radon）提出可通過從各方向的投影，并用數(shù)學(xué)方法計算出一幅二維或三維的重建圖像的理論。后來，考邁克于1967年完成了CT圖像重建相關(guān)的數(shù)學(xué)問題。亨斯菲爾德在英國EMI實驗中心進(jìn)行了相關(guān)的計算機(jī)和重建技術(shù)的研究，重建出圖像。1971年誕生了第一臺CT裝置。

 

CT是用X射線束對一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測器接受透過該層面的X射線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘枺俳?jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字，輸入計算機(jī)處理。對于材料學(xué)領(lǐng)域，CT的成像原理是根據(jù)待測樣品內(nèi)部不同相和成分的密度以及原子系數(shù)的不同，對X射線的吸收能力有強(qiáng)有弱從而造成成像的明暗差別，進(jìn)行不同組分的分析。CT機(jī)結(jié)構(gòu)包括X射線發(fā)生部分（高壓發(fā)生器、X線管、冷卻系統(tǒng)、準(zhǔn)直器和楔形濾過器/板）、X線檢測部分（探測器，模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、機(jī)械運(yùn)動部分（掃描機(jī)架、滑環(huán)）、計算機(jī)部分（主機(jī)及陣列處理器）及圖像顯示和存儲部分（監(jiān)視器、存儲器）、工作站等。

 

02

CT的應(yīng)用領(lǐng)域

 

CT的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。如上所述，CT廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。安檢領(lǐng)域也隨處可見CT的影子，隨著世界范圍內(nèi)的各類恐怖襲擊事件的不斷發(fā)生， 爆炸物檢測領(lǐng)域正在成為CT技術(shù)應(yīng)用的重要方向。此外，CT也被越來越多地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，用于進(jìn)行問題偵查、不合格分析、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組裝檢測、高級物料研究等。近些年，CT也在新能源領(lǐng)域，如鋰離子電池、燃料電池、固態(tài)電池方面，正逐漸開辟它的應(yīng)用新天地。CT技術(shù)研究含硅合金負(fù)極的軟包電池容量衰減機(jī)理

 

Berckmans借助X射線CT技術(shù)，研究了含硅合金負(fù)極的軟包電池容量快速衰減的原因，發(fā)現(xiàn)電極層之間出現(xiàn)明顯的機(jī)械變形。推測主要是因為在電化學(xué)循環(huán)過程中，F(xiàn)EC分解產(chǎn)生了較多的CO2氣體。FEC與電解液反應(yīng)，生成LiF，有助于形成更穩(wěn)定的SEI膜，能增加循環(huán)穩(wěn)定性，但是同時會產(chǎn)生CO2氣體。CO2氣體會阻礙鋰離子的傳輸，造成活性表面積損失，電池容量降低。產(chǎn)氣量過大，使用FEC的負(fù)效應(yīng)超過正效應(yīng)。

 

隨后作者試圖采用外加壓力的方式降低FEC的分解速率，發(fā)現(xiàn)放電容量增加19%。此外，測試結(jié)束后沒有看到電池出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，表明施加外壓能降低FEC的消耗速率。因此，在設(shè)計含硅材料的電池時，外壓是需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)之一。

 

 

3.4 CT技術(shù)用于區(qū)分鋰離子電池中的活性相和非活性相

 

 Litster等采用納米X射線CT技術(shù)，為鋰離子電池正極材料鈷酸鋰構(gòu)建三維圖像，區(qū)分活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和孔的獨立體積。從三維重構(gòu)圖中得知添加劑和活性材料的形態(tài)參數(shù)，包括兩者接觸面積的分布。采用該方法，能更好理解電極的電流分布和結(jié)構(gòu)完整性。

 

a)活性物質(zhì)表面積分布。b)活性物質(zhì)和添加劑之間接觸面積的變化。

 

3.5 CT技術(shù)用于分析電池老化

 

Figgemeier等采用納米X射線CT技術(shù)，對新電池和老化電池進(jìn)行對比分析，確定循環(huán)后的結(jié)果變化。X射線CT成像表明，有機(jī)殘留物和沉積物是老化電池負(fù)極孔隙率降低的主要原因。在正極一側(cè)觀察到顆粒粉碎和集流體腐蝕現(xiàn)象。以上現(xiàn)象，可能是導(dǎo)致電池容量降低和阻抗增加的原因。鋰離子分布的量化分析表明，電池容量衰減歸因于可循環(huán)鋰的損失，這部分損失的鋰富集在負(fù)極的表面。