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X 射线技术及应用 X-ray Analysis 康士秀 中国科技大学 22 系 2002. 7.

X 射线技术及应用 X-ray Analysis 康士秀 中国科技大学 22 系 2002. 7. 1. X 射线的产生和性质 1.1 导论 1.2 X 射线的产生 1.3 X 射线的性质 2. X 射线技术和应用 2.1 X 射线衍射（ XRD ） 2.1 EXAFS ， XANES 2.3 X 射线形貌（ XRT ） 2.4 X 射线成像（ XRI ） 2.5 X 射线小角散（ XRS ） 2.6 X 射线光刻（ XRL ） 2.7X 射线荧光（ XRF ） 3. 结束语： X 射线实验系列化研究. 1. X 射线的产生和性质. 1.1 导论 1.2 X 射线的产生

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X 射线技术及应用 X-ray Analysis 康士秀 中国科技大学 22 系 2002. 7.

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Presentation Transcript

  1. X射线技术及应用X-ray Analysis康士秀中国科技大学 22系2002. 7.

  2. 1. X射线的产生和性质1.1 导论1.2 X射线的产生1.3 X射线的性质2. X射线技术和应用2.1 X射线衍射（XRD）2.1 EXAFS，XANES 2.3 X射线形貌（XRT）2.4 X射线成像（XRI）2.5 X射线小角散（XRS）2.6 X射线光刻（XRL）2.7X射线荧光（XRF）3.结束语：X射线实验系列化研究

  3. 1. X射线的产生和性质 1.1 导论 1.2 X射线的产生 1.3 X射线的性质

  4. 1.1 导论 1901伦琴 (Roentgen) 发现X射线(1895) 1914劳厄（Laue） 晶体的X射线衍射 1915布拉格父子 (Bragg) 分析晶体结构 1917 巴克拉 (Barkla) 发现元素的标识X射线 1924塞格巴恩 (Siegbahn ) X射线光谱学 1927康普顿(Compton等六人) 康普顿效应 1936德拜 (Debye) 化学 1946马勒 (Muller) 医学 1964霍奇金 (Hodgkin) 化学 1979柯马克和豪森菲尔德（Cormack/Hounsfield） 医学 1981 塞格巴恩(Siegbahn) 物理

  5. 1.2 X射线产生 • 固体靶源 • 同步辐射 • 等离子体源 • 同位素 • 核反应 • 其他

  6. 固体靶源 X射线管

  7. 转靶

  8. 焦点和辐射

  9. 特征谱 • 连续谱 I(E)=P0KZn(E0-E)/E0 谱(Kramer Law) I(E) - Intensity E – x-ray energy(Delta= 1eV) W/eV K - constant P0 – incident power (W) Z - target atom number n  1 E0 – incident electron energy（KeV） 连续谱 • 特征谱 I(E)=BN(Z)F(x)(E0-Ec)m X-lines : Ka,b and La,b etc. Ka : Ka1,Ka2 B – Constant F(x) – Target material Cons. Ec – Critical energy

  10. 同步辐射(合肥)

  11. 实验大厅(Hefei)

  12. Hefei 电子储存环

  13. 北京同步辐射实验室(BSRF)

  14. BSRF (Beijing)

  15. 同步辐射和谱分布

  16. SR辐射的能量和功率 (Larmor formula) (per e-, per run) v – Electron velocity c – Light velocity  - Magnet radius e – electron charge E – Electron energy m – electron mass In practical units, E - GeV,  - m, B – kG, Beam, current I – A 总辐射功率 (magnet length L) : Average

  17. 功率谱分布 (Integrated to all angle) 功率角分布 ( intgrated to all wavelength) - Second Bessel function , - Angle between photo and instant obbit plane - Critical wavelength and energy。 , 实用单位:

  18. Fe 等离子体源

  19. Z-压缩气体等离子体源

  20. 气体等离子体辐射的X射线谱

  21. 几种源的谱比较 Undulator Wiggler SR谱 固体靶源谱 Bent Magnet

  22. 1.3 X射线的性质 • X射线的吸收 • X射线的散射 • X射线光学 • X射线探测器

  23. X射线的吸收 I=I0exp(-t) • Line absorption coefficient l=log(I0/I)/t (cm-1) • Mass absorption coefficient m=/ (cm2/g) • Atom absorption coefficient a=/A/N (cm2/atom) • Mol absorption coefficient mol=(/)A (cm2/mol

  24. Photo absorption section  = A/N 重要!! 对混合物和化合物 m=∑wiI (wi – mass ratios) 对连续X射线 m=∑wii (i –different wavelength) m – photo electron + scattering + e+,e-

  25. /,  和 Z 的关系 - Bragg-Pierce 定律 / = KZ43 (cm-1) 吸收限和跳跃比

  26. X射线光学 反射光学 平晶 弯晶 多层膜 衍射光学 晶体 波带板 光栅 吸收 吸收片

  27. (1)X射线反射镜 折射率： • - 折射因子  - 衰减因子 反射率：

  28. （2）单晶X射线光学 柱面镜 材料： Si，Ge， Crystal 形状： 平晶，弯晶，球面 柱面，环面，超环面 应用： 单色器，成像

  29. (3)毛细管X射线透镜

  30. (4)X射线波带板

  31. X射线探测器 • 正比计数器** • NaI（Tl）闪烁探测器** • Si（Li）探测器** • Ge（Li）探测器 • Si PIN探测器** • Ge PIN探测器** • 多（单）丝室 • X射线CCD • 微多道板 • G-M计数管 • 电离室 • 胶片，荧光屏

  32. 2· X射线技术及应用 2.1 X射线衍射（XRD） 2.2 EXAFS，XANES 2.3 X射线形貌（XRT） 2.4 X射线成像（XRI） 2.5 X射线小角散（XRS） 2.6 X射线光刻（XRL） 2.7 X射线荧光（XRF）

  33. 2.1 X射线衍射（XRD）(1) Debye 法 =2dsin

  34. 同步辐射（SR）XRD装置 （BSRF）

  35. 纳米微晶Fe的X射线衍射

  36. (2)Laue 法

  37. 蛋白质的Laue衍射图

  38. 2.2 扩展的X射线吸收边（EXAFS） XANES：30 – 40eV 光电子多重散射 EXAFS：大于40eV 光电子/散射波干涉

  39. 2.3 X射线形貌（白光形貌和双晶形貌）

  40. X射线形貌图

  41. 2.4 X射线成像 • 层析术（吸收） • 显微术（吸收） • 全息术（衍射） • 减法造影（吸收） • 其它

  42. 扫描X射线显微镜装置

  43. X射线显微术实验站

  44. 显微图

  45. 造影装置

  46. 兔耳造影 (注入BaFBr）

  47. 2.5 X射线小角散射

  48. 2.6 X射线光刻 • X-ray 掩膜（mask） • X-ray抗蚀剂（resist） • X-ray光刻机（stepper） • LIGA技术

  49. SR X射线光刻装置（XRL）

  50. X射线抗蚀剂- 分类 光抗蚀剂 X射线抗蚀剂 电子束抗蚀剂 有机抗蚀剂 无机抗蚀剂 单组分 两组分 三组分 正性抗蚀剂 PMMA (poly(methyl methacrylate)) - 聚甲基丙烯酸甲酯, AZ1350J, RAY-PF 负性抗蚀剂 EPB, COP, SAR, RAY-PN

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