論文の概要: Digital generation of the 3-D pore architecture of isotropic membranes using 2-D cross-sectional scanning electron microscopy images

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.06664v1
• Date: Fri, 08 Aug 2025 19:26:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-12 21:23:28.497948
• Title: Digital generation of the 3-D pore architecture of isotropic membranes using 2-D cross-sectional scanning electron microscopy images
• Title（参考訳）: 2次元断面走査電子顕微鏡画像を用いた等方性膜の3次元細孔構造のディジタル生成
• Authors: Sima Zeinali Danalou, Hooman Chamani, Arash Rabbani, Patrick C. Lee, Jason Hattrick Simpers, Jay R Werber,
• Abstract要約: 多孔膜イメージングにおける2次元走査電子顕微鏡の最大の限界は、3次元の細孔構造と相互接続性を解決することができないことである。 本研究では,重要な統計特性を維持し,複雑な細孔形態を正確に再現する改良された再構成アルゴリズムを開発した。 このツールは、これらの細孔をSEMで可視化できる限り、いかなる孔径の等方性多孔膜構造にも容易に適用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A major limitation of two-dimensional scanning electron microscopy (SEM) in imaging porous membranes is its inability to resolve three-dimensional pore architecture and interconnectivity, which are critical factors governing membrane performance. Although conventional tomographic 3-D reconstruction techniques can address this limitation, they are often expensive, technically challenging, and not widely accessible. We previously introduced a proof-of-concept method for reconstructing a membrane's 3-D pore network from a single 2-D SEM image, yielding statistically equivalent results to those obtained from 3-D tomography. However, this initial approach struggled to replicate the diverse pore geometries commonly observed in real membranes. In this study, we advance the methodology by developing an enhanced reconstruction algorithm that not only maintains essential statistical properties (e.g., pore size distribution), but also accurately reproduces intricate pore morphologies. Applying this technique to a commercial microfiltration membrane, we generated a high-fidelity 3-D reconstruction and derived key membrane properties. Validation with X-ray tomography data revealed excellent agreement in structural metrics, with our SEM-based approach achieving superior resolution in resolving fine pore features. The tool can be readily applied to isotropic porous membrane structures of any pore size, as long as those pores can be visualized by SEM. Further work is needed for 3-D structure generation of anisotropic membranes.
• Abstract（参考訳）: 多孔膜イメージングにおける2次元走査電子顕微鏡(SEM)の最大の限界は、膜性能を規定する重要な要因である3次元細孔構造と相互接続性を解決することができないことである。 従来の断層3次元再構成技術はこの限界に対処できるが、高価で技術的に困難であり、広くアクセスできないことが多い。 2次元SEM画像から膜の3次元細孔ネットワークを再構築するための概念実証法を導入し,3次元トモグラフィから得られたものと統計的に等価な結果を得た。 しかし、この最初のアプローチは、実際の膜でよく見られる多様な細孔のジオメトリーを再現するのに苦労した。 本研究では,重要な統計特性(例えば細孔径分布)を保持するだけでなく,複雑な細孔形状を正確に再現する改良された再構成アルゴリズムを開発することにより,方法論を推し進める。 本手法を市販マイクロ濾過膜に適用し,高忠実度3次元再構成と導出キー膜特性を作成した。 X線トモグラフィーデータによる検証では, 微細孔の解消に優れた解像度を達成できるSEMベースのアプローチにより, 構造指標の整合性が良好であった。 このツールは、これらの細孔をSEMで可視化できる限り、いかなる孔径の等方性多孔膜構造にも容易に適用できる。 異方性膜の3次元構造生成にはさらなる研究が必要である。

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