Röntgenmikroskope ermöglichen die 3D-Abbildungen von Strukturen innerhalb von intransparenten Proben und Objekten und erreichen dabei eine Auflösung von bis zu 50 Nanometern. Da die Röntgenstrahlen viele Materialien problemlos durchdringen, müssen Proben nicht mechanisch zerteilt und aufwendig vorbereitet werden. Durch diese zerstörungsfreie Abbildung können mikrostrukturelle Veränderungen in derselben Region eines Objektes über die Zeit hinweg und unter verschiedenen Umgebungsbedingungen beobachtet und quantifiziert werden. Solche insitu und 4D-Experimente (3D-Bildgebung im Zeitverlauf) werden bereits in der industriellen Forschung eingesetzt, beispielsweise zur Beobachtung von Materialermüdung. Weitere Applikationen sind die Messung der Verformung von strukturierten Materialien unter Last oder die Beobachtung der Entstehung von Defekten in Lithium-Ionen-Batterien oder elektronischen Bauteilen während des Betriebs.
Röntgenmikroskope schließen die Lücke zwischen Licht- und Elektronenmikroskopie hinsichtlich der Auflösung.
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