[實(shí)用新型]一種立式超小角X射線散射裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420488344.7
• 申請(qǐng)日: 2014-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN204116252U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李良彬;王震;陳曉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N23/201
• 分類號(hào): G01N23/201
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;李新華

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及用小角X射線散射原位研究材料結(jié)構(gòu)演化的技術(shù)，具體涉及一種立式超小角X射線散射裝置。?

背景技術(shù)

小角X射線散射能實(shí)現(xiàn)幾納米到幾百納米的結(jié)構(gòu)檢測尺度，廣泛應(yīng)用于研究高分子材料等軟物質(zhì)體系中。不管是商品化還是實(shí)驗(yàn)室儀器，目前小角X射線系統(tǒng)基本都采用光路水平布局的方式。相比而言，立式布局X射線系統(tǒng)在某些測試條件下具有無法代替的優(yōu)勢，比如在線研究乳膠液滴干燥過程、超分子液體表面自組裝行為以及薄膜水平拉伸結(jié)構(gòu)演化等，非常適合要求入射光路沿豎直方向的特殊實(shí)驗(yàn)體系。雖然近期商品化立式X射線裝置開始出現(xiàn)，但小尺度范圍的結(jié)構(gòu)檢測、狹小的樣品空間以及技術(shù)的不成熟性大大限制了其使用范圍。據(jù)調(diào)研，無論是商品化還是實(shí)驗(yàn)室儀器中，尚沒有出現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)大結(jié)構(gòu)檢測尺度的立式布局超小角X射線散射裝置。顯然，研制一種立式超小角X射線散射裝置尤其必要。?

超小角X射線裝置整個(gè)光路較長，一般大于10m,立式布局面對(duì)的挑戰(zhàn)首先是整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性。X射線光源中光學(xué)鏡子、平行光路和直通光阻擋器等調(diào)節(jié)控制通常在1μm精度，足夠安全的工作環(huán)境才能保證其檢測尺度的精確性。另一個(gè)問題是商用X射線儀器都有一個(gè)比較穩(wěn)定的工作臺(tái)面作為安裝和調(diào)試的基準(zhǔn)，各器件本身設(shè)計(jì)為水平工作，技術(shù)相對(duì)成熟，而立式布局的X射線系統(tǒng)從光源到探測之間涉及到一個(gè)比較復(fù)雜的安裝和調(diào)試系統(tǒng)，技術(shù)層面上面對(duì)的困難較大。這些都是實(shí)驗(yàn)室研制立式超小角X射線散射裝置需要解決的問題。?

綜上所述，立式超小角X射線散射裝置需要具備以下特點(diǎn)：1、立式布局，X射線沿豎直方向入射樣品，散射信號(hào)在豎直方向被檢測；2、真空光路即樣品到探測器距離足夠長，目的是實(shí)現(xiàn)超小角更大尺度的結(jié)構(gòu)檢測；3、高穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，X射線光源、狹縫、探測器等器件的安裝和運(yùn)行需要始終處于安全、低震動(dòng)的工作環(huán)境；4、各功能部件的安裝固定需要設(shè)置相應(yīng)的水平或垂直空間調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)豎直光路的準(zhǔn)直性。5、樣品空間開放自由，方便與各種實(shí)驗(yàn)或加工設(shè)備聯(lián)用，從而實(shí)現(xiàn)在線檢測。?

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于，提供一種立式超小角X射線散射裝置。該X射線散射裝置采用立式布局，非常適合受重力或放置方式等影響要求入射光沿豎直方向的實(shí)驗(yàn)體系；能實(shí)現(xiàn)超小角結(jié)構(gòu)檢測，最大檢測尺度為410nm，并且檢測范圍自由可調(diào)；樣品空間開放自由，用戶可針對(duì)特定的樣品自行設(shè)計(jì)溫度、濕度、加載方式等外場條件，并且易與其它結(jié)構(gòu)檢測裝置聯(lián)用；工作精度和機(jī)械穩(wěn)定性高，采用地基池子和塔形鋼結(jié)構(gòu)作為主體框架支撐從光源到探測器整套X射線系統(tǒng)，適合各種復(fù)雜工作環(huán)境；同時(shí)設(shè)置多種位置調(diào)整單元，保證了光路的準(zhǔn)直性與可靠性。該實(shí)用新型彌補(bǔ)了商品化和實(shí)驗(yàn)室儀器中此類在線結(jié)構(gòu)檢測儀器的空白，與常規(guī)水平X射線儀器相比，該裝置能滿足了一些特殊實(shí)驗(yàn)體系對(duì)豎直入射光的要求，同時(shí)非常適合與大型加工設(shè)備聯(lián)用實(shí)現(xiàn)在線結(jié)構(gòu)檢測。?

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種立式超小角X射線散射裝置，包括：X射線光源，狹縫準(zhǔn)直光路，樣品操作區(qū)，真空管道，真空直通光阻擋(Beamstop)機(jī)構(gòu)，X射線探測器，起重機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制主機(jī)，其中：X射線光源產(chǎn)生的平行X射線光經(jīng)過狹縫準(zhǔn)直光路后，入射至樣品操作區(qū)，然后經(jīng)真空管道傳輸，一部分傳輸光被真空直通光阻擋(Beamstop)機(jī)構(gòu)阻擋，一部分被X射線探測器接收，起重機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)X射線探測器豎直運(yùn)動(dòng)，控制主機(jī)連接X射線光源、狹縫準(zhǔn)直光路、真空直通光阻擋(Beamstop)機(jī)構(gòu)和X射線探測器。?

進(jìn)一步的，X射線光源產(chǎn)生低發(fā)散、高亮度的平行X射線光，經(jīng)過兩個(gè)四刀口無散射狹縫準(zhǔn)直光路，光斑被約束至規(guī)定形狀尺寸并消除雜散光；光斑從狹縫準(zhǔn)直光路出來后入射并透過樣品操作區(qū)中實(shí)驗(yàn)樣品，部分X射線與樣品內(nèi)部納米結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生能反應(yīng)其結(jié)構(gòu)信息的散射光，另外大部分X光將直接穿過樣品形成高亮度直通光；機(jī)械油泵對(duì)真空管道抽真空，真空度最大可達(dá)E^-3mbar量級(jí)，盡可能減少空氣對(duì)X射線的散射和吸收；中心直通光經(jīng)真空管道傳輸后被真空直通光阻擋(Beamstop)機(jī)構(gòu)的鉛質(zhì)擋光片阻擋，避免長時(shí)間曝光對(duì)X射線探測器造成損害；有用散射光將繼續(xù)透過管道端部Kapton膜，被X射線探測器接收并保存為二維數(shù)據(jù)圖文件；真空管道上端的Kapton膜窗口面積大于X射線探測的探測模塊面積，實(shí)驗(yàn)檢測時(shí)可利用龍門式二維位移臺(tái)移動(dòng)探測器改變位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域選擇性覆蓋；X射線光源、狹縫準(zhǔn)直光路、X射線探測器等安裝固定部位均設(shè)置有螺栓旋轉(zhuǎn)推頂裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)位置和傾角的微調(diào)，保證光路準(zhǔn)直性。?