一种微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置

本发明涉及微聚焦x射线，更具体地涉及一种微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置。

背景技术：

1、高分子由于具有长链结构的特征，在结晶固化后出现明显的多尺度结构，即从埃米级的分子链单元和构象到纳米级的片晶再到几百纳米级的晶粒结构。同步辐射小角x射线散射(small angle x-ray scattering，saxs)和广角x射线衍射(wideangle x-raydiffraction，waxd)作为非破坏性、高度统计平均的结构分析方法，能够实现从埃米量级到百纳米级的多级微观结构测试。其中，saxs用于研究晶粒中片晶的取向、厚度、结晶百分数以及非晶层的厚度等，探测尺度在一纳米到几百纳米之间。waxd用于研究晶体中晶胞的大小、晶面间距等结构信息，探测尺度在埃米量级到一纳米之间。

2、但结晶性高分子材料由于内部的不均一性，较大的光斑无法在晶体内部进行微区分辨，只能获取晶体不均匀结构的统计平均信息，这对理解结晶高分子材料的微区结构与性能关系造成极大阻碍。

3、要获取晶体内部不均匀结构的信息，就必须减小x射线的光斑尺寸，提高高同步辐射实验的空间分辨能力。为提高同步辐射实验的空间分辨能力，世界先进同步辐射光源均采用微聚焦方式将光斑聚焦至微米甚至亚微米级来实现。用于x射线微束聚焦的元件主要有k-b镜(kirkpatrick-baez mirror)、菲涅耳波带片(fresnel zone plates)、毛细管聚焦透镜(capillary optical lens)、复合折射透镜(compound refractive lenses，crls)等。

4、然而，目前现有技术中没有微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射的联用装置，无法实现从埃米量级到百纳米量级的多级微观结构的实时同步测试。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，能够实现从埃米量级到百纳米量级的多级微观结构实时同步测试。

2、本发明提供的一种微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，包括沿第一光轴依次设置的聚焦光学元件、微聚焦样品监测系统、实验样品台、广角探测器支撑系统、真空管道系统和小角探测器支撑系统；其中，所述聚焦光学元件设置为对入射x射线的光斑进行微聚焦；所述微聚焦样品监测系统包括沿垂直于所述第一光轴的第二光轴依次排布的探测器、光学镜头组和平面反射镜；所述实验样品台包括用于固定样品的样品架；所述广角探测器支撑系统包括用于接收样品x射线广角衍射信号的广角探测器；所述真空管道系统包括真空管道和位于所述真空管道内部的直通光阻挡器；所述小角探测器支撑系统包括用于接收样品x射线小角散射信号的小角探测器。

3、进一步地，所述聚焦光学元件为k-b镜、复合折射透镜或菲涅耳波带片。

4、进一步地，所述光学镜头组设置于第一二维电动平台。

5、进一步地，所述平面反射镜设置于所述四维电动平台，所述四维电动平台由上至下依次包括第二二维电动平台、第一一维偏摆台和旋转台。

6、进一步地，所述平面反射镜位于所述第一光轴和所述第二光轴的相交位置，且所述平面反射镜的法线与所述第一光轴、所述第二光轴的夹角均为45°。

7、进一步地，所述平面反射镜的镜面面向所述样品架，所述平面反射镜的镜面中心设置有通孔，且所述平面反射镜背向所述样品架的表面具有镀膜。

8、进一步地，所述样品架设置于第三二维电动平台。

9、进一步地，所述广角探测器设置于三维电动平台，所述三维电动平台包括第四二维电动平台和第二一维偏摆台。

10、进一步地，所述直通光阻挡器设置于第五二维电动平台。

11、进一步地，所述小角探测器设置于第六二维电动平台。

12、本发明的联用装置将小角散射与广角衍射相结合，实现了从埃米量级到百纳米量级的多级微观结构的实时同步测试。同时，本发明将x射线光斑聚焦至微米量级，实现了微米量级的空间分辨能力。

技术特征：

1.一种微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，包括沿第一光轴依次设置的聚焦光学元件、微聚焦样品监测系统、实验样品台、广角探测器支撑系统、真空管道系统和小角探测器支撑系统；其中，所述聚焦光学元件设置为对入射x射线的光斑进行微聚焦；所述微聚焦样品监测系统包括沿垂直于所述第一光轴的第二光轴依次排布的探测器、光学镜头组和平面反射镜；所述实验样品台包括用于固定样品的样品架；所述广角探测器支撑系统包括用于接收样品x射线广角衍射信号的广角探测器；所述真空管道系统包括真空管道和位于所述真空管道内部的直通光阻挡器；所述小角探测器支撑系统包括用于接收样品x射线小角散射信号的小角探测器。

2.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述聚焦光学元件为k-b镜、复合折射透镜或菲涅耳波带片。

3.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述光学镜头组设置于第一二维电动平台。

4.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述平面反射镜设置于所述四维电动平台，所述四维电动平台由上至下依次包括第二二维电动平台、第一一维偏摆台和旋转台。

5.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述平面反射镜位于所述第一光轴和所述第二光轴的相交位置，且所述平面反射镜的法线与所述第一光轴、所述第二光轴的夹角均为45°。

6.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述平面反射镜的镜面面向所述样品架，所述平面反射镜的镜面中心设置有通孔，且所述平面反射镜背向所述样品架的表面具有镀膜。

7.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述样品架设置于第三二维电动平台。

8.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述广角探测器设置于三维电动平台，所述三维电动平台包括第四二维电动平台和第二一维偏摆台。

9.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述直通光阻挡器设置于第五二维电动平台。

10.根据权利要求1所述的微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，其特征在于，所述小角探测器设置于第六二维电动平台。

技术总结
本发明涉及一种微聚焦同步辐射小角散射与广角衍射联用装置，包括沿第一光轴依次设置的聚焦光学元件、微聚焦样品监测系统、实验样品台、广角探测器支撑系统、真空管道系统和小角探测器支撑系统；聚焦光学元件对X射线的光斑进行微聚焦；微聚焦样品监测系统包括沿垂直于第一光轴的第二光轴依次排布的探测器、光学镜头组和平面反射镜；实验样品台包括用于固定样品的样品架；广角探测器支撑系统包括用于接收样品X射线广角衍射信号的广角探测器；真空管道系统包括真空管道和位于真空管道内部的直通光阻挡器；小角探测器支撑系统包括用于接收样品X射线小角散射信号的小角探测器。本发明能够实现从埃米量级到百纳米量级的多级微观结构实时同步测试。

技术研发人员：缪夏然,滑文强,周平,田丰,李秀宏
受保护的技术使用者：中国科学院上海高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29