一种用于X射线散射实验的样品检测装置

本发明属于x射线散射领域，具体地涉及一种用于x射线散射实验的样品检测装置，其适用于小角x射线散射实验和广角x射线散射。

背景技术：

1、x射线散射是一种用于研究物质结构的重要技术，其特点明显。首先它是非破坏性的测量方法，可以在不改变样品原有状态的情况下进行测量。其次它可以提供关于材料内部结构的信息，如晶格常数、分子量、分子取向等。此外，它还可以用于表征各种材料的结构，如聚合物、胶体、纳米粒子等。

2、复杂三维纳米材料如半导体行业的集成电路芯片，嵌段共聚物等具有结构复杂度高的特点。这种结构的尺度一般在几纳米到几百纳米之间，具有高度的复杂性和多样性。例如，他们可以具有多级有序的结构，或者由不同形态的单元通过特定的排列组装方式形成。x射线散射能用于研究纳米三维尺度材料的结构和形态，是对复杂纳米结构形貌参数进行非接触、快速、精确测量的方法。

3、在涉及复杂三维纳米材料的x射线散射实验中，样品位置姿态的准确调节首先需要精确对准x射线光束的焦点；其次，多个旋转轴上的样品位置扫描，也需要确保样品处于转轴的旋转中心；再者，需要实时观测到样品曝光区域；最后，还需确定样品的准确位置以及样品的精确位移，而目前尚未有合适的相关的实验装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于x射线散射实验的样品检测装置，以解决x射线光束和样品无法精确对准和无法实时观测的问题，实现高精度三维结构检测。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种用于x射线散射实验的样品检测装置，其包括可动承载台、安装于可动承载台上的样品调节组件和光学观测模块、安装于样品调节组件上的样品架、以及与可动承载台间隔开的探测器模块，x射线光源、所述样品架、探测器模块位于同一光轴上；所述样品架用于放置检测物，所述检测物包括可替换的样品、铁丝和闪烁体/荧光屏；所述可动承载台具有x方向平移，z方向平移，绕y轴转动以及绕x轴转动的四维移动功能，所述样品调节组件具有x方向平移，z方向平移，以及绕z轴转动的三维移动功能；z方向为竖直方向，x方向为第一水平方向，y方向为平行于x射线的传播方向的第二水平方向；所述光学观测模块包括对准检测物的光学镜头组，其设置为观测样品架上的检测物在绕z轴转动时的位置变化，以确保样品架上的检测物始终在绕z轴转动的转轴的旋转中心。

3、所述可动承载台包括自下而上依次设置的第一水平移动件、第一垂直移动件、倾角转动件、摆角转动件和光学平板，第一水平移动件、第一垂直移动件分别用于x方向平移、z方向平移，倾角转动件、摆角转动件分别用于绕x轴转动、绕y轴转动；所述样品调节组件包括自下而上依次设置的第二水平移动件、第二垂直移动件和水平转动件，第二水平移动件、第二垂直移动件用于x方向平移、z方向平移，水平转动件用于绕z轴转动。

4、所述样品调节组件使得样品能够沿着x方向和z方向平移，而使x射线照射到需要探测的样品微区，并通过绕z轴转动实现样品的角度的扫描；所述可动承载台的绕y轴转动用于调整样品水平方向的角度，实现样品不同的位置的扫描。

5、所述可动承载台和所述样品调节组件通过控制器与一计算机连接。

6、所述可动承载台和所述样品调节组件具有步进电机，所述控制器是步进电机控制器，其内部包含电机驱动器，所述可动承载台和所述样品调节组件通过其步进电机与控制器连接。

7、在光学观测模块和可动承载台之间安装有二维手动平移台，二维手动平移台的移动方向包括x方向和z方向，用于在水平、垂直方向上移动光学观测模块的光学镜头组，使得光学镜头组的焦点在样品处。

8、所述光学镜头组通过卡扣固定于所述二维手动平移台上，卡扣用于在前后方向上移动光学镜头组。

9、所述光学观测模块还包括设于光学镜头组的后方焦点的相机，且相机与所述计算机连接，使得光学镜头组将可见光成像到相机并传输到所述计算机。

10、所述探测器模块包括探测器和探测器前方的光挡；光挡设置为采集x射线透过样品后的透射信号并且保护所述探测器，所述探测器设置为采集x射线透过样品后的散射信号。

11、通过光挡处收集的信号和可动承载台的调节来判断光路与可动承载台的平面是否平行，并使得光路与可动承载台的平面平行。

12、本发明的用于x射线散射实验的样品检测装置，具有下列有益效果：该样品台能够观测x射线光束位置和形貌，能快速将样品准确位移至x射线光束焦点处；该样品台，确保样品处于转轴的旋转中心，能完成样品的位置扫描和saxs实验和waxs实验，并能实时观测和调节样品位置和姿态。

技术特征：

1.一种用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，其包括可动承载台、安装于可动承载台上的样品调节组件和光学观测模块、安装于样品调节组件上的样品架、以及与可动承载台间隔开的探测器模块，x射线光源、所述样品架、探测器模块位于同一光轴上；

2.根据权利要求1所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，所述可动承载台包括自下而上依次设置的第一水平移动件、第一垂直移动件、倾角转动件、摆角转动件和光学平板，第一水平移动件、第一垂直移动件分别用于x方向平移、z方向平移，倾角转动件、摆角转动件分别用于绕x轴转动、绕y轴转动；

3.根据权利要求1所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，所述样品调节组件使得样品能够沿着x方向和z方向平移，而使x射线照射到需要探测的样品微区，并通过绕z轴转动实现样品的角度的扫描；所述可动承载台的绕y轴转动用于调整样品水平方向的角度，实现样品不同的位置的扫描。

4.根据权利要求1所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，所述可动承载台和所述样品调节组件通过控制器与一计算机连接。

5.根据权利要求4所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，所述可动承载台和所述样品调节组件具有步进电机，所述控制器是步进电机控制器，其内部包含电机驱动器，所述可动承载台和所述样品调节组件通过其步进电机与控制器连接。

6.根据权利要求1所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，在光学观测模块和可动承载台之间安装有二维手动平移台，二维手动平移台的移动方向包括x方向和z方向，用于在水平、垂直方向上移动光学观测模块的光学镜头组，使得光学镜头组的焦点在样品处。

7.根据权利要求6所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，所述光学镜头组通过卡扣固定于所述二维手动平移台上，卡扣用于在前后方向上移动光学镜头组。

8.根据权利要求4所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，所述光学观测模块还包括设于光学镜头组的后方焦点的相机，且相机与所述计算机连接，使得光学镜头组将可见光成像到相机并传输到所述计算机。

9.根据权利要求1所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，所述探测器模块包括探测器和探测器前方的光挡；光挡设置为采集x射线透过样品后的透射信号并且保护所述探测器，所述探测器设置为采集x射线透过样品后的散射信号。

10.根据权利要求1所述的用于x射线散射实验的样品检测装置，其特征在于，通过光挡处收集的信号和可动承载台的调节来判断光路与可动承载台的平面是否平行，并使得光路与可动承载台的平面平行。

技术总结
本发明提供一种用于X射线散射实验的样品检测装置，其包括可动承载台、安装于可动承载台上的样品调节组件和光学观测模块、安装于样品调节组件上的样品架、以及探测器模块，样品架用于放置检测物；所述可动承载台具有x向平移，z向平移，绕y轴转动，绕x轴转动的四维移动功能，所述样品调节组件具有x向平移，z向平移，绕z轴转动的三维移动功能；光学观测模块包括对准检测物的光学镜头组，其设置为检测物在绕z轴转动时的位置变化，以确保检测物始终在绕z轴转动的转轴的旋转中心。本发明的样品检测装置解决X射线光束和样品无法精确对准和无法实时观测的问题，实现了高精度三维结构检测。

技术研发人员：周平,滑文强,达琳,田丰,缪夏然,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：2024/4/17