Projekti / Programi
3D in 4D mikroskopija ? razvoj novega učinkovitega orodja v geoloških znanostih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.06.01 |
Naravoslovje |
Geologija |
Mineralogija in petrologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P420 |
Naravoslovno-matematične vede |
Petrologija, mineralogija, geokemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
3D in 4D mikroskopija, mikrotomografija, 3D slikovna analiza, mikrostruktura, poroznost, permeabilnost, usmerjenost razpok, dinamično modeliranje
Raziskovalci (18)
Organizacije (3)
Povzetek
Mikrotomografija (mikroCT) postaja v geoloških znanosti vse bolj prepoznana kot močno orodje za prostorsko vrednotenje kamnin in drugih geoloških materialov. Skupaj s 3D slikovno analizo in z uporabo komplementarnih tehnik predstavlja inovativno, hitro in nedestruktivno prostorsko mikroskopsko tehniko. Po drugi strani ima mikrotomografija številne pomanjkljivosti kot so slaba razpoložljivost (le nekaj laboratorijev v Evropi je opremljenih z visoko ločljivimi tomografi in imajo razvita znanja za njihovo uporabo v različnih vejah), relativno visoki stroški snemanja, povezani z optimizacijo pogojev snemanja, večkratnim snemanjem za doseganje zadostne ločljivosti in reprezentativnosti vzorcev in posledično veliko rabo rentgenskega vira, čas in kompleksnost 3D analiz kot tudi tehnične omejitve, povezane z ločljivostjo in slikanjem nekaterih materialov.
Glavni cilj projekta je zato razviti in vzpostaviti protokole za optimalno 3D mikroskopiranje, ki bo vključevalo microCT snemanje, 3D slikovno analiza in po potrebi komplementarne analize. Z dinamičnim strukturnim procesiranjem (mikrotomografskim snemanjem struktur ob hkratnem obremenjevanju) bomo razvili tudi protokole za 4D mikroskopiranje. S tem bomo omogočili bolj standardizirano, dosegljivo, uporabno, manj zamudno in posledično cenejšo prostorsko analizo materialov. Razvili bomo protokole za prostorsko analizo por, za združevanje podatkovnih setov in snemanje pri različnih ločljivostih, prostorsko mineraloško analizo, prostorsko slikanje nizko atenuacijskih faz in geoloških materialov v prisotnosti visoko atenuacijskih materialov ter dinamično mikrostrukturno procesiranje. Protokole bomo razvili na osnovi preskušanja in analiz dejanskih geoloških vzorcev, kot so npr. določanje poroznosti alveolinsko numulitnih apnencev, nastanek razpok v lignitu, orientacija vlaken in trdnost visoko funkcionalnih betonov in drugih. V projektu bomo prav tako raziskali možnost uporabe 3D in 4D mikroskopskih podatkovnih setov za konvencionalna modeliranja v geologiji. Vzpostavljeni protokoli bodo tako neposredno omogočili reševanje kompleksnih geoloških in tehničnih problemov. Dolgotrajni učinek projekta bo zagotovila neposredna prenosljivost razvitih protokolov in znanja v industrijo (npr. gradbeništvo, rudarstvo, avtomobilsko industrijo) in na druga raziskovalna področja (npr. razvoj pametnih senzorjev) ter izobraževanje mladih kot so npr. študentje diplomskih in podiplomskih programov s prenosom najnovejšega znanja in prebojev na področju prostorske analize geoloških materialov.
Pomen za razvoj znanosti
Poleg raziskovalnih prebojev v okviru navedenih primerov s področja tehničnega petrografije, strukturne geologije in sedimentologije ter uvedbe novega pristopa 3D mikroskopiranja v posameznih geoloških vedah, je glavni rezultat projekta vzpostavitev standardnih protokolov in večja usposobljenost operaterjev za 3D mikroskopijo na geoloških vzorcih. To bo omogočilo lažjo in hitrejšo analizo novih geoloških vzorcev tudi po zaključku projekta, s čimer bomo še povečali možnost znanstvenih prebojev v geološki znanosti in nove načine izkoriščanja razvitega znanja. Poleg prvega primera tovrstnega pristopa v slovenskem znanstvenem prostoru (sistem za rentgensko mikrotomografijo na ZAGu je trenutno edini microCT v Sloveniji) predlagan projekt omogoča razvoj nad trenutnim stanjem uporabe mikrotomografije v Evropi in po svetu. Projekt bo preko že vzpostavljenih raziskovalnih mrež posameznih partnerjev omogočil povečano mednarodno sodelovanje in večjo umeščenost v evropski raziskovalni prostor. Znanstveni učinek projekta bomo merili s številom znanstvenih objav. Načrtujemo najmanj 5 objav v mednarodno priznanih znanstvenih revijah, zlasti tistih v prvem in drugem kvartilu.
Pomen za razvoj Slovenije
Z vključevanjem novega znanja v študijske programe na Naravoslovnotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani bomo zagotovili dolgoročen prenos novih tehnik v uporabo pri zaposlovalcih diplomantov in tako dosegli uveljavljanje uporabe mikrotomografije v najširšem krogu raziskovalnih in aplikativnih panog geoznanosti in v gospodarstvu. V projekt nameravamo vključiti enega mladega raziskovalca na Zavodu za gradbeništvo Slovenije.
Projekt bo neposredno vplival na gospodarstvo, saj bodo razviti postopki in protokole ter večja usposobljenost osebja, uporabni tudi za druga panožna področja. Na področju rudarjenja bo imel neposredno dobrobit Rudnik premoga Velenje, saj bodo znanje pridobljeno na osnovi modeliranja mikrostrukture različkov Velenjskega lignita lahko neposredno uporabili pri izboljšanem načrtovanju odkopavanja in spremljajočih varnostnih ukrepov, kar je v svetu ta hip v ospredju multidisciplinarnih raziskav na področju geologije in geotehnologije premoga.
Interes za rezultate projekta so izkazali tudi nekateri proizvajalci programske opreme za 3D modeliranje in slikovno analizo. V sodelovanju s podjetjem AVIZO (FEI) je ZAG že razvil modul za določanje orientacije jeklenih mikrovlaken v betonu. Interes je prav tako izkazal proizvajalec programske opreme za 3D modeliranja, ki bo testiral njihove proizvode za prostorninsko analizo, npr. Paradigm VoxelGeo. ZAG sodeluje v infrastrukturni mreži raziskovalnih laboratorijev z naslovom Raw to recycled materials – advanced characterisation and 3D imaging znotraj EIT Raw Materials, ki bo omogočil neposreden prenos pridobljenih znanj tako drugim raziskovalcem kot tudi industrijskim partnerjem znotraj EIT Raw Materials. V EIT Raw Material so vključena podjetja kot so: Atlas Copco, Sandvik, Basf, KGHM, Arkema in številni drugi.
Projekt bo imel neposredni učinek na gradbeništvo, saj bomo s pomočjo prostorske analize gradbenih materialov (sklop tehnične petrografije) izboljšali številne napredne gradbene proizvode kot so visoko zmogljivi mikrarmirani betoni, novi asfaltni kompoziti, cementne mešanice in drugi. Interes za projekt je prav tako pokazala avtomobilska industrija. V preteklosti smo s podjetjem Hydria AET že sodelovali pri optimizaciji njihovih proizvodov, pričakujemo, da bomo storitve lahko ponudili tudi drugim panogam industrije (v ta namen bomo organizirali tudi delavnice za industrije). Pričakovati je, da bo večja dostopnost 3D in 4D mikroskopije industriji prav tako omogočila razvoj novih produktnih smeri in večjo slovensko izvozno produktivnost, kar je eden izmed ciljev nacionalne strategije pametne specializacije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
