复合组分材料的X射线定量相衬成像研究

对复合组分材料的应用和需求日益广泛,但如何精确地测量其定量结构信息仍是一个亟待解决的难题.建立了复合组分结构模型,利用X射线同轴相衬成像和相位恢复方法,分别进行了计算机模拟和实验研究,系统地分析了复合组分材料不同的密度差异对X射线相衬成像和相位恢复精度的影响以及噪声对定量相位恢复的影响.实验结果表明,利用X射线定量相衬...     

采用吸收修正Bronnikov算法的有机复合样品的X射线显微计算机层析研究

有机复合样品如大多数由低原子序数物质构成的多聚物组合材料、生物软组织等具有混合相位和振幅特性,采用传统吸收计算机层析(CT)或纯相位重构算法难以达到较高密度分辨的目的。采用基于吸收修正的Bronnikov相位恢复算法的X射线同轴相衬CT技术对高分子混合组份材料和药物医学样品进行了实验研究。结果表明该相位恢复算法可以实现多聚物组合材料的无损分辨和精确测量,能够清晰辨别各组份材料的电子密度分布;验证了药物样品多孔性结构三维测量的可行性,能够有效提供孔隙测量的阈值选择。该方法在材料科学尤其是聚合物组合材料、泡沫多孔材料都会发挥很好的作用;单距的低辐射优势,尤其适用于生物医学样品三维无损成像。     

关联染料敏化太阳能电池薄膜厚度与光伏性能的漂移-扩散数值模拟

建立漂移-扩散模型来模拟敏化电池的电荷分离过程.该模型能够计算在稳态和非稳态条件下光生电子的多步受限扩散及其与电子受体的复合反应.通过对电池的电流-电压曲线的数值模拟,优化了电池的薄膜厚度并获得了最大的光电转换效率.发现膜厚的增加降低了电荷收集效率,但有利于提高电子注入流率,光电流的输出正是受控于这两个因素.复合速率常数严重影响了膜厚优化的结果.较厚的薄膜适合于电子复合被充分抑制的电池,而较薄的薄膜有利于降低快复合电池的电子复合损失.在开路条件下,膜厚的提高会减小电子浓度,在造成光电压的降低的同时会提高电子寿命.     

基于Kirkpatrick-Baez镜聚焦的X射线小角散射显微层析成像

X射线小角散射显微层析成像(SAXS-CT)是一种无损的结构表征技术,用于研究非均匀物质纳米结构信息及其空间分布;在上海同步辐射光源(SSRF)设计并搭建了基于Kirkpatrick-Baez(KB)镜聚焦的SAXS-CT成像系统,并选取毛竹和注塑聚乳酸样品进行实验验证。结果表明:该SAXS-CT成像系统的聚焦光斑尺寸可以达到20μm以下;对于毛竹样品,得到了其内部维管束和薄壁细胞的位置分布及散射差异,同时获取了内部纳米纤维的取向特点;对于注塑聚乳酸样品,发现其内部片晶结构具有分层分布特征,获取了片晶结构的分布图像以及长周期分布图像;实验结果验证了该SAXS-CT成像系统的可靠性及实用性。     

同步辐射X射线图像对比度增强算法研究EI北大核心CSCD

在同步辐射X射线成像中,时常会出现对比度不高或对比度不均匀的问题,这将导致图像中样品的一些细节信息难以被观察和分析。针对这一问题,提出一种X射线图像对比度增强的算法。该算法以同态滤波为核心,结合图像降噪预处理及灰度调整,以现图像的对比度增强,并提高图像质量。编写程序实现该算法,并通过对分辨率靶图像和海洋鱼类样品的X射线图像进行测试。结果表明,该算法可以很好地增强灰度分布不均匀的低对比度X射线图像,使样品信息显示更清晰,灰度分布更均匀。同时,对X射线图像的降噪效果明显。     

相干X射线衍射成像三维重建的数字模拟研究

利用相干X射线衍射成像“过采样”采集样品的远场相干衍射图样, 结合相位重建迭代算法重建物空间样品信息. 三维重建过程中, 边界约束条件是相位重建算法中最为关键的部分. 本文采用数字模拟的方法, 利用灰度值图像作为物空间的样品, 研究并实现了边界条件的自动寻找, 重建结果显示比以往采用较“松”的边界约束更为精确. 利用噪声模拟方法, 研究了衍射图样中不同噪声类型的滤除对重建结果的影响. 研究发现传统的去噪方法在高噪声情况下不能直接应用于相干X射线衍射成像, 并找到了适用于相干X射线衍射成像噪声滤除的有效方法. 研究表明, 此方法能非常有效地降低噪声对重建结果的影响. 利用模拟三维纳米金颗粒作为样品, 完成了对纳米金颗粒中电子密度分布的三维重建, 在有随机噪声的影响下, 也得到了很好的重建结果, 并找到了成功实现三维重建的噪声限为信噪比不低于27. 关键词： X射线相干衍射成像 过采样 三维相位重建 显微成像     

影响同步辐射X射线螺旋显微CT的若干因素研究

同步辐射X射线是扁平光, 传统显微CT难以对长样品实现快速、高分辨、低剂量三维成像, 螺旋扫描的引入可以很好地解决这一难题. 本文采用数字模拟和实验的方法较为系统地研究了螺距、光斑竖直高度和180° 投影数对成像质量、速度的影响. 模拟结果表明, 在螺距不大于2的前提下, 180° 投影数增大, 误差减小, CT成像速度变慢; 光斑竖直高度增大, 速度加快; 螺距增大, 速度加快, 且误差在允许范围内; 选取合适的参数值使旋转平移比为整数, 误差最小. 同时, 优化参数并在上海光源实现螺旋显微CT, 从实验上验证了模拟结果. 研究表明, 通过优化各参数, 同步辐射螺旋显微CT可以实现快速高质量三维成像, 为以后的实际应用提供了依据.     

Nanofabrication of 50 nm zone plates through e-beam lithography with local proximity effect correction for x-ray imaging

High resolution Fresnel zone plates for nanoscale three-dimensional imaging of materials by both soft and hard x-rays are increasingly needed by the broad applications in nanoscience and nanotechnology.When the outmost zone-width is shrinking down to 50 nm or even below,patterning the zone plates with high aspect ratio by electron beam lithography still remains a challenge because of the proximity effect.The uneven charge distribution in the exposed resist is still frequently observed even after standard proximity effect correction(PEC),because of the large variety in the line width.This work develops a new strategy,nicknamed as local proximity effect correction(LPEC),efficiently modifying the deposited energy over the whole zone plate on the top of proximity effect correction.By this way,50 nm zone plates with the aspect ratio from 4:1 up to 15:1 and the duty cycle close to 0.5 have been fabricated.Their imaging capability in soft(1.3 keV)and hard(9 keV)x-ray,respectively,has been demonstrated in Shanghai Synchrotron Radiation Facility(SSRF)with the resolution of 50 nm.The local proximity effect correction developed in this work should also be generally significant for the generation of zone plates with high resolutions beyond 50 nm.     

基于极坐标变换去除计算机层析图像环形伪影

探测器像元响应的不一致、光源能不稳定等因素使得计算机层析(CT)图像中含有较多的环形伪影,严重降低了图像质量,影响了图像的三维重建和量化分析,为此提出了基于极坐标变换与傅里叶变换后低通滤波的算法去除环形伪影。通过极坐标变换将直角坐标下的环形伪影转化为极坐标下的线性伪影,然后对线性伪影图像进行傅里叶变换获得频谱图像,进而设计二维低通滤波器进行滤波处理,最后通过傅里叶逆变换与坐标逆变换获得校正后的图像。利用Matlab软件,编写程序对算法进行验证,结果表明,该算法能够有效地去除环形伪影,使图像内部细节清晰可见,并且保护了图像边缘信息,提高了图像的信噪比;另外,使用该方法处理100张切片图像只需3.5min,可满足批量处理的需求。     

相干X射线衍射成像的数字模拟研究

相位重建是实现X 射线相干衍射成像的关键, 它利用远场采集的样品傅里叶相干衍射花样、结合过采样理论,再采用迭代算法复原样品的相位信息. 文中采用数字模拟的方法, 利用小尺寸二维非周期性图形作为物场, 研究了过采样比对重构结果的影响, 研究发现, 迭代次数为1000 次时最佳过采样比的范围是3—7 之间. 利用噪声模拟方法, 研究了噪声对相位重建的影响, 找到了完成相位重建的噪声限是信噪比不能低于10. 分析了重构结果中孪生像以及随机平移的产生原因, 并给出了相应的解决办法, 结果表明, 此方法可有效地提高重构图像的质量. 关键词： 相干X射线衍射成像 过采样 相位重建算法 显微成像