Phát triển kính hiển vi X-quang 3D cấu trúc đơn giản và ứng dụng - NGUYEN THANH HAI

Luận án tiến sĩ: Phát triển kính hiển vi tia X 3D cấu trúc đơn giản. Nghiên cứu ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khoa học.

Trường ĐH

Chonnam National University

Chuyên ngành

Mechanical Systems Engineering

Tác giả

Luan An

Thể loại

luận án

Năm xuất bản

Số trang

92

Thời gian đọc

14 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

40 Point

Tóm tắt nội dung

I.Phát triển Kính hiển vi X quang 3D Cấu trúc Đơn giản

Tài liệu này trình bày quá trình phát triển kính hiển vi X-quang 3D với cấu trúc đơn giản. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống hiệu quả, dễ sử dụng cho các ứng dụng trong phòng thí nghiệm. Kính hiển vi X-quang là công cụ mạnh mẽ để phân tích cấu trúc vật liệu ở cấp độ vi mô. Nó sử dụng tia X có khả năng xuyên thấu, cho phép quan sát bên trong các mẫu vật mà không phá hủy. Các loại kính hiển vi X-quang khác nhau, như kính hiển vi điện tử quang điện (PEEM) và kính hiển vi quét truyền qua tia X (STXM), được xem xét. Nghiên cứu này tập trung vào việc cải tiến các thành phần cốt lõi để đạt được hình ảnh 3D chi tiết. Điều này mở rộng đáng kể khả năng phân tích cấu trúc mẫu phức tạp. Hiểu biết sâu sắc về các đặc tính của tia X, bao gồm khúc xạ và phản xạ, là nền tảng cho việc thiết kế các hệ thống quang học tiên tiến. Việc phát triển công nghệ này cung cấp một công cụ mạnh mẽ cho khoa học vật liệu và sinh học.

1.1. Tổng quan Kính hiển vi X quang và Nguyên lý

Kính hiển vi tia X cho phép phân tích cấu trúc vật liệu ở cấp độ vi mô. Nó sử dụng tia X xuyên qua mẫu, tạo ra hình ảnh chi tiết. Các loại kính hiển vi X-quang phổ biến bao gồm kính hiển vi điện tử quang điện, kính hiển vi tiếp xúc và kính hiển vi quét truyền qua tia X. Kính hiển vi quét truyền qua tia X và kính hiển vi trường toàn phần là những cấu hình được sử dụng rộng rãi. Hiểu biết về các loại kính này là nền tảng cho việc phát triển các hệ thống mới. Nguồn tia X tạo ra các bước sóng khác nhau, ảnh hưởng đến độ phân giải và khả năng xuyên thấu.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu phát triển Kính hiển vi X quang 3D

Nghiên cứu tập trung phát triển một kính hiển vi X-quang 3D với cấu trúc đơn giản. Mục tiêu chính là tạo ra hệ thống hiệu quả, dễ sử dụng, phù hợp cho môi trường phòng thí nghiệm. Việc này đòi hỏi cải tiến các thành phần cốt lõi của kính hiển vi. Phát triển công nghệ này mở rộng khả năng quan sát và phân tích cấu trúc 3D của các mẫu vật nhỏ. Nó hướng tới việc cung cấp công cụ mạnh mẽ cho khoa học vật liệu và sinh học. Các thách thức bao gồm tối ưu hóa nguồn X-quang và hệ thống quang học.

1.3. Đặc tính tia X Khúc xạ và phản xạ

Tia X thể hiện các đặc tính vật lý độc đáo khi tương tác với vật chất. Hiện tượng khúc xạ và phản xạ tia X ở giao diện vật liệu rất quan trọng. Tia X có thể bị khúc xạ khi đi qua các môi trường có chiết suất khác nhau. Phản xạ toàn phần xảy ra ở các góc tới rất nhỏ, thường được tận dụng trong thiết kế gương. Các lớp phủ đơn và đa lớp được sử dụng để tăng cường khả năng phản xạ. Hiểu rõ các đặc tính này là cơ sở để thiết kế các thành phần quang học X-quang hiệu suất cao.

II.Thiết kế Ống X quang Thay Anode Nâng cao Hiệu suất

Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển một ống X-quang có thể thay đổi anode. Thiết kế này mang lại sự linh hoạt cao trong việc lựa chọn vật liệu anode, như nhôm (Al), crom (Cr) và đồng (Cu). Mỗi vật liệu anode tạo ra phổ tia X đặc trưng, cho phép tối ưu hóa nguồn tia X phòng thí nghiệm cho các ứng dụng hình ảnh cụ thể. Việc này giúp cải thiện đáng kể chất lượng hình ảnh X-quang và độ phân giải không gian. Ống X-quang được thiết kế để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn, đồng thời giảm chi phí vận hành. Các thử nghiệm đã được thực hiện để đánh giá phổ tia X từ các anode khác nhau và tác động của chúng đến hình ảnh. Phân tích hàm truyền điều chế (MTF) và cường độ tia X là các phương pháp chính để định lượng hiệu suất. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một nguồn tia X đa năng, chất lượng cao, có khả năng thích ứng với nhiều yêu cầu nghiên cứu và ứng dụng.

2.1. Thiết kế ống X quang anode có thể thay thế

Thiết kế ống X-quang với anode có khả năng thay thế mang lại sự linh hoạt lớn. Ống X-quang này cho phép người dùng thay đổi vật liệu anode (ví dụ: Al, Cr, Cu) một cách dễ dàng. Việc thay đổi anode giúp tối ưu hóa phổ tia X cho từng ứng dụng cụ thể. Cấu trúc của ống được thiết kế để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn. Mục tiêu là tạo ra một nguồn tia X phòng thí nghiệm đa năng. Điều này giảm chi phí vận hành và tăng cường khả năng thích ứng của hệ thống.

2.2. Phổ tia X từ các anode khác nhau Al Cr Cu

Các vật liệu anode khác nhau tạo ra phổ tia X đặc trưng. Thử nghiệm sử dụng anode Al, Cr và Cu đã được tiến hành. Mỗi vật liệu phát ra tia X với năng lượng và cường độ khác nhau. Việc phân tích phổ tia X giúp xác định nguồn nào phù hợp nhất cho một nhiệm vụ hình ảnh nhất định. Ví dụ, anode Cr Kα được ưu tiên cho một số ứng dụng đặc biệt. Hiểu biết về phổ này là chìa khóa để đạt được chất lượng hình ảnh tối ưu.

2.3. Đánh giá chất lượng hình ảnh và độ phân giải

Chất lượng hình ảnh X-quang được đánh giá thông qua nhiều tiêu chí. Độ phân giải là một yếu tố quan trọng, xác định khả năng phân biệt các chi tiết nhỏ. Hàm truyền điều chế (MTF) được sử dụng để định lượng độ phân giải không gian. Các hình ảnh X-quang của vật mẫu (như tấm gỗ) được chụp để kiểm tra hiệu suất. Cường độ tia X và độ tương phản cũng được phân tích. Mục tiêu là đạt được hình ảnh rõ nét với độ phân giải cao nhất có thể.

III.Gương Đa lớp X quang Đơn sắc Cường độ cao Nền Kính

Nghiên cứu này trình bày việc thiết kế và chế tạo gương đa lớp để tạo ra tia X đơn sắc cường độ cao. Gương phản xạ parabol được chế tạo trên nền kính, có vai trò tập trung tia X và lọc phổ. Mục tiêu là tăng cường độ tia X và cải thiện chất lượng hình ảnh. Thiết kế gương bao gồm việc xác định các thông số tối ưu cho lớp phủ đa lớp, đặc biệt là cấu trúc W/Al. Việc lắng đọng chính xác các lớp mỏng này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất phản xạ mong muốn. Cấu trúc đa lớp được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để đảm bảo tính đồng đều. Phản xạ tia X Kα và Kβ được đo để đánh giá khả năng hoạt động của gương. Hình dạng bề mặt của gương cũng được kiểm tra chặt chẽ, so sánh với thiết kế lý tưởng. Các kết quả xác nhận khả năng của gương đa lớp trong việc tạo ra chùm tia X đơn sắc mạnh mẽ, đóng góp vào hiệu suất tổng thể của kính hiển vi tia X.

3.1. Thiết kế gương parabol đa lớp trên nền kính

Việc thiết kế gương parabol đa lớp là bước quan trọng để tạo ra tia X đơn sắc cường độ cao. Gương được thiết kế để tập trung tia X, tăng cường độ và đồng thời lọc phổ. Nền kính được chọn làm vật liệu cơ bản cho gương. Hình dạng parabol giúp thu thập và điều hướng tia X hiệu quả. Các thông số thiết kế bao gồm độ dày lớp, số lượng lớp và vật liệu lớp phủ. Mục tiêu là tạo ra một cấu trúc gương phản xạ tối ưu.

3.2. Chế tạo gương đa lớp W Al và cấu trúc

Quá trình chế tạo bao gồm lắng đọng các lớp vật liệu mỏng xen kẽ. Cụ thể, các lớp W/Al (Wolfram/Nhôm) được sử dụng để tạo cấu trúc đa lớp. Kỹ thuật lắng đọng màng mỏng đảm bảo độ chính xác của các lớp. Hình ảnh SEM (kính hiển vi điện tử quét) của mặt cắt ngang xác nhận cấu trúc nhiều lớp. Sự đồng đều và độ chính xác của các lớp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phản xạ. Điều này tạo ra gương phản xạ chọn lọc cho tia X.

3.3. Phản xạ tia X Kα Kβ và hình dạng bề mặt

Hiệu suất phản xạ của gương được đánh giá thông qua các phép đo. Phản xạ của tia X Kα và Kβ được đo ở các góc tới khác nhau. Các kết quả cho thấy khả năng tập trung tia X đơn sắc hiệu quả. Hình dạng bề mặt của gương được kiểm tra cẩn thận. Việc so sánh hình dạng thực tế với thiết kế giúp đảm bảo chất lượng. Sai lệch nhỏ về hình dạng có thể ảnh hưởng đến khả năng tập trung tia.

IV.Tối ưu Gương Đa lớp X quang Nền Thép Không Gỉ

Nghiên cứu tiếp tục tối ưu hóa gương đa lớp bằng cách sử dụng nền thép không gỉ. Việc này mang lại lợi thế về độ bền cơ học và ổn định nhiệt so với nền kính. Gương parabol đa lớp được thiết kế để tạo ra tia X đơn sắc song song cường độ cao. Quy trình chế tạo trên nền thép không gỉ đòi hỏi sự chuẩn bị bề mặt kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng lớp phủ. Các lớp vật liệu W/Al được lắng đọng chính xác để tạo cấu trúc đa lớp. Đặc tính vật liệu của nền thép, như độ cứng và khả năng gia công, được xem xét cẩn thận. Hình dạng bề mặt của gương được đánh giá chi tiết, so sánh với thiết kế lý tưởng. Hồ sơ bề mặt được đo dọc theo cả chiều dài và mặt cắt ngang. Hình ảnh SEM cung cấp bằng chứng trực quan về cấu trúc của sáu lớp kép W/Al. Việc đánh giá này đảm bảo tính toàn vẹn và hiệu suất quang học ổn định của gương phản xạ. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc cải thiện độ tin cậy và hiệu suất của hệ thống kính hiển vi tia X.

4.1. Thiết kế gương parabol đa lớp trên nền thép không gỉ

Nghiên cứu tiếp tục tối ưu hóa gương đa lớp bằng cách sử dụng nền thép không gỉ. Nền thép không gỉ mang lại ưu điểm về độ bền cơ học và ổn định nhiệt. Thiết kế gương vẫn là parabol để tập trung tia X hiệu quả. Các thông số lớp phủ đa lớp tương tự như trên nền kính được áp dụng. Mục tiêu là tạo ra gương phản xạ X-quang có hiệu suất cao và độ bền vượt trội. Đây là một bước tiến trong việc cải thiện độ tin cậy của hệ thống.

4.2. Quá trình chế tạo và đặc tính nền thép

Quá trình chế tạo gương trên nền thép không gỉ đòi hỏi kỹ thuật lắng đọng chính xác. Nền thép không gỉ được chuẩn bị đặc biệt để đảm bảo bề mặt phẳng và sạch. Các đặc tính vật liệu của nền thép, như độ cứng và khả năng gia công, được xem xét. Việc kiểm soát chất lượng bề mặt nền là rất quan trọng trước khi phủ các lớp đa lớp W/Al. Điều này đảm bảo sự bám dính tốt và hiệu suất quang học ổn định.

4.3. Đánh giá hình dạng bề mặt và lớp phủ đa lớp

Hình dạng bề mặt của gương đa lớp trên nền thép không gỉ được đánh giá kỹ lưỡng. Sự phù hợp giữa hình dạng thực tế và thiết kế parabol là yếu tố then chốt. Hồ sơ bề mặt (surface profile) được đo dọc theo chiều dài và mặt cắt ngang. Hình ảnh SEM cũng được sử dụng để kiểm tra cấu trúc của sáu lớp kép W/Al. Kết quả xác nhận tính toàn vẹn và độ chính xác của lớp phủ. Phản xạ tia X được đo để đánh giá hiệu suất quang học cuối cùng.

V.Đánh giá Hiệu quả và Ứng dụng Kính hiển vi X quang

Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả tổng thể và các ứng dụng tiềm năng của kính hiển vi X-quang 3D đơn giản. Việc sử dụng gương đa lớp đã chứng minh khả năng tăng cường đáng kể cường độ tia X đơn sắc. Tia X cường độ cao cho phép chụp ảnh nhanh hơn và tạo ra hình ảnh chất lượng cao. Chất lượng hình ảnh X-quang được cải thiện rõ rệt về độ tương phản và độ sắc nét. Hàm truyền điều chế (MTF) được phân tích để định lượng sự cải thiện độ phân giải không gian. Các kết quả thí nghiệm trên các mẫu vật thực tế, như tấm gỗ và đầu gỗ, đã minh chứng khả năng hiển thị cấu trúc bên trong. So sánh hình ảnh chụp có và không có gương đa lớp cho thấy sự khác biệt rõ rệt về chi tiết. Công nghệ này có nhiều ứng dụng tiềm năng trong phân tích vật liệu, kiểm tra không phá hủy và nghiên cứu sinh học. Nó cung cấp một công cụ mạnh mẽ để khám phá và hiểu rõ hơn về cấu trúc vi mô của các mẫu vật.

5.1. Ảnh hưởng gương đa lớp đến X quang cường độ cao

Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của gương đa lớp đến cường độ và chất lượng tia X. Việc sử dụng gương đa lớp giúp tăng cường đáng kể cường độ tia X đơn sắc. Tia X cường độ cao cho phép chụp ảnh nhanh hơn và giảm liều chiếu. Gương này hoạt động như một bộ lọc, loại bỏ các bước sóng không mong muốn. Kết quả thí nghiệm chứng minh sự cải thiện rõ rệt trong hiệu suất nguồn X-quang. Điều này rất quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

5.2. Cải thiện chất lượng hình ảnh X quang với gương đa lớp

Chất lượng hình ảnh X-quang được cải thiện đáng kể khi có gương đa lớp. Độ tương phản và độ sắc nét của hình ảnh tăng lên. Hàm truyền điều chế (MTF) được phân tích để định lượng sự cải thiện độ phân giải không gian. Các đường cong cường độ tia X theo số pixel cũng cho thấy sự đồng đều tốt hơn. Điều này giúp phát hiện các chi tiết nhỏ hơn trong mẫu vật. Hệ thống quang học được tối ưu hóa, nâng cao trải nghiệm hình ảnh.

5.3. Ứng dụng quan sát mẫu vật ví dụ gỗ

Hệ thống kính hiển vi X-quang 3D đơn giản này có nhiều ứng dụng tiềm năng. Nó được sử dụng để chụp ảnh các mẫu vật thực tế, như tấm gỗ và đầu gỗ. Hình ảnh X-quang của các mẫu này chứng minh khả năng hiển thị cấu trúc bên trong. So sánh ảnh chụp có và không có gương đa lớp cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Công nghệ này có thể áp dụng trong phân tích vật liệu, kiểm tra không phá hủy và nghiên cứu sinh học. Nó cung cấp công cụ mạnh mẽ để khám phá cấu trúc vi mô.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ development of simple structure 3d x ray microscope and its application

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (92 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

Doctor of Philosophy Dissertation Development of simple structure 3D X-ray microscope and its application Department of Mechanical Systems Engineering Graduate School of Chonnam National University NGUYEN THANH HAI February 2013 Development of simple structure 3D X-ray microscope and its application Department of Mechanical Systems Engineering Graduate School, Chonnam National University NGUYEN THANH HAI Supervised by Professor JEON, Insu A Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Doctor of Philosophy in Mechanical Systems Engineering. Committee in charge: YOON, Hiseak Prof. KANG, Kiju Prof. YANG, Youngsoo Prof.

Heo, Yonghak Ph.D JEON, Insu Prof. February 2013 CONTENTS LIST OF FIGURES. iv LIST OF TABLES .1 Photoemission electron microscope (PEEM).4 Scanning transmission x-ray microscope .5 Full field and scanning microscope .6 Properties of X-ray .2 Refraction and reflection .7 Background and research objective .8 Organization of the thesis .1 Single layer coating .3 Reflectivity of multilayer .4 Effect of roughness of multilayer on reflectivity. DEVELOPMENT OF A SIMPLE-STRUCTURED ANODE EXCHANGEABLE X- RAY TUBE .2 Design an anode exchangeable x-ray tube.

DEVELOPMENT OF A MULTILAYER MIRROR FOR HIGH-INTENSITY MONOCHROMATIC X-RAY USING LAB-BASED X-RAY SOURCE .2 Design and fabrication of a multilayer parabolic mirror for high-intensity monochromatic x-ray based on glass substrate. DEVELOPMENT OF A MULTILAYER MIRROR FOR HIGH-INTENSITY MONOCHROMATIC PARALLEL X-RAY USING LAB-BASED X-RAY SOURCE .2 Design and fabrication of a multilayer parabolic mirror for high-intensity monochromatic parallel x-ray based on stainless steel substrate. RESULTS AND DISCUSSION .1 Effects of multilayer mirror for high-intensity monochromatic x-ray .2 Effects of multilayer mirror for high-intensity monochromatic parallel x-ray. 81 iii LIST OF FIGURES Figure 1.

Schematic of photoemission electron microscope 2 Figure 1. Schematic of contact microscope 3 Figure 1. Schematic of projection microscope 4 Figure 1. Schematic of scanning transmission x-ray microscope 5 Figure 1.

Schematic of full field transmission x-ray microscope 5 Figure 1. Refraction and reflection for x-rays at the interface 8 Figure 2. Refraction and reflection of thin layer 14 Figure 2. Schematic illustration of multilayer structure and the corresponding notation 18 Figure 2.

Relation between reflectivity and incident angles using Cr Kα wavelength and indicated parameters 19 Figure 2. Relation between reflectivity and energy using Cr Kα wavelength and indicated parameters 20 Figure 2. Effects of periodic ratio on the reflectivity using Cr Kα wavelength and indicated parameters 21 Figure 2. Effects of number of bilayers on the reflectivity using Cr Kα wavelength and indicated parameters 23 Figure 3.

(a) Schematic drawing of the anode exchangeable x-ray tube, and (b) detached structure 27 Figure 3. Measured x-ray spectra of the Al, Cr and Cu anode targets. (a) A wooden plate, and x-ray images taken using (b) Al, (c) Cr, and (d) Cu iv targets 31 Figure 3. MTF change along spatial frequency 32 Figure 3.

Intensity change of X-ray images along pixel number. A parabolic curve 36 Figure 4. Reflectivities of Kα and Kβ along incident angles 38 Figure 4. Designed mirror shape 39 Figure 4.

A mirror substrate 40 Figure 4. A fabricated mirror 40 Figure 4. Surface shape of the mirror and designed shape 41 Figure 4. Representative surface profile of the mirror 41 Figure 4.

SEM image of the cross section of the six W/Al bilayers 42 Figure 5. Reflectivities of Kα and Kβ along incident angles 46 Figure 5. Designed mirror shape 47 Figure 5. A stainless steel substrate for multilayer mirror 47 Figure 5.

Surface shape of the substrate and designed shape at the center profile along the length direction 48 Figure 5. Surface shape of the substrate and designed shape at the center profile along the cross section direction 48 Figure 5. Surface profile of the stainless steel substrate 49 Figure 5. A fabricated mirror 50 Figure 5.

Surface shape of the mirror and designed shape 51 Figure 5. Surface shape of the multilayer mirror and designed shape at the center profile v along the cross section direction 51 Figure 5. Surface profile of the mirror 52 Figure 5. SEM image of the cross section of the six W/Al bilayers 52 Figure 6.

Experiment set up for investigating the effect of multilayer mirror 56 Figure 6. A wood plate 57 Figure 6. X-ray images of wood plate taken (a) using multilayer mirror deposited on glass substrate and (b) without mirror 57 Figure 6. MTF change along the spatial frequency 58 Figure 6.

Intensity change of x-ray images along pixel number 59 Figure 6. A wood tip 60 Figure 6. X-ray images of wood tip taken (a) using multilayer mirror and (b) without mirror 60 Figure 6. MTF change along the spatial frequency 61 Figure 6.

Intensity change of x-ray images along pixel number 61 Figure 6. X-ray images taken (a) using multilayer mirror and (b) without mirror 63 Figure 6. Intensity change of x-ray images along pixel number 63 Figure 6. X-ray images of wood plate taken (a) using multilayer mirror and (b) without mirror 64 Figure 6.

Intensity change of x-ray images along pixel number 65 Figure 6. MTF change along the spatial frequency 65 vi LIST OF TABLES Table 4. Debye-Waller and Nevot-Croce factors calculated using fabricated surface roughness of multilayer mirror based on glass substrate 42 Table 5. Debye-Waller and Nevot-Croce factors calculated using fabricated surface roughness of multilayer mirror based on stainless steel substrate 53 vii DEVELOPMENT OF SIMPLE STRUCTURE 3D X-RAY MICROSCOPE AND ITS APPLICATION NGUYEN THANH HAI Department of Mechanical Systems Engineering Graduate School, Chonnam National University (Supervised by Professor JEON, Insu) (Abstract) The aim of this study is to develop a simple structure of 3D x-ray microscope and some application.

This research consists of four main parts: i) design an anode exchangeable x-ray tube of very simple structure with three kinds of target materials (copper, chromium and aluminum); ii) develop a multilayer mirror producing high-intensity monochromatic x-rays including parallel x-ray beam based on the glass substrate using lab-based x-ray source; iii) design and fabricate mirror deposited by six couples of tungsten and aluminum based on stainless steel substrate that can generate high-intensity monochromatic parallel x-ray; iv) investigate the effects of multilayer mirror on x-ray images obtained by using mirror and without mirror. In design of an anode exchangeable x-ray tube, the operation principle and the structure of the x-ray tube will be described in details. As a result, x-ray spectra of each target material were investigated using spectrometer. X-ray images of a thin wood plate were taken using those targets.

The measured energies of the characteristic x-rays of each target agreed well with the presented results. The difference of resolution and brightness of each image was found based on MTF values and intensities. The developed x-ray tube can give high durability, and higher quality x-ray images of an arbitrary viii object by exchanging anode targets. In another part, the design and fabrication of a parabolic multilayer mirror based on the glass substrate that can produce the high-intensity monochromatic x-rays containing parallel x-rays using a lab-based x-ray source will be described.

For fabricating the mirror, a glass substrate was fabricated and its surface was precisely polished. Six W/Al bilayers were deposited on the glass substrate surface to form the mirror. The effects of the mirror on an x-ray image were investigated using the calculated MTF and image intensity values of the image. The higher MTF and intensity values of the x-ray image, which indicated higher image resolution and brightness, were obtained using the mirror.

The results show a high potential for the fabricated mirror to produce high resolution x-ray images using a lab- based x-ray source. The rest of major purposes of this research is to design and fabricate a multilayer mirror generating high-intensity monochromatic parallel x-ray beam based on stainless steel substrate using a lab-based x-ray source. The mirror is then formed by depositing six W/Al bilayers on the polished stainless steel substrate. The multilayer mirror is utilized for investigating its effects based on the taken x-ray images.

Using this kind of multilayer mirror, the high-intensity monochromatic parallel x-ray region can be obtained. The mirror also shows the high-intensity monochromatic x-ray beside the high- intensity monochromatic parallel x-rays due to the effects of large size of focal spot on target. Based on the obtained x-ray images, the intensity of the image using mirror is larger than that of without mirror. The wood plate as a sample was used to check the effects of multilayer mirror on specific material.

ix CHAPTER 1 INTRODUCTION X-ray microscopes are utilized to investigate the inner structures of quite thin films in biological and biomedical researches. Many kinds of x-ray microscopes have been developed using either synchrotron sources or lab-based x-ray sources during the last few decades. At the early state, Kirkpatrick-Baez x-ray microscope was developed based on the grazing incident reflective optics to focus the x-ray at very large incident angles [1]. Two orthogonal mirrors were used to overcome the severe astigmatism of single spherical mirror.

After that, a new laboratory contact microscope was developed using ocular, positive lens and binocular to reach the stereoscopic effect that can be intensified diaphragms located at exit pupils [2]. Consequently, Underwood increased the resolution of the microscope by using multilayer mirror [3]. Scanning soft x-ray microscope was built using mini-undulator and Fresnel zone plate to increase the resolution up to 75-100 nm [4]. Moreover, scanning photoelectron microscope was designed using Fresnel zone plate and grating monochromator to increase the resolution up to 16 nm [5].

A phase contrast hard x-ray microscopy was developed based on the divergent and coherent beam using lensless geometrical projection to magnify spatial variations in optical path length more than 700 times [6]. In 1999, a microscope for hard x-ray based on parabolic compound refractive lenses was described allowing magnification up to 50 [7]. Sub-100 nm resolution water-window soft x-ray full- field transmission microscopy with a compact system was demonstrated [8]. In 2002, differential aperture x-ray microscope using polychromatic synchrotron x-ray microbeam to probe microstructure with submicrometer spatial resolution in three dimensions [9].

Recently, soft x-ray microscope at spatial resolution below 15 nm using overlay technique for zone 1 plate was reported [10]. For further, detailed development of x-ray microscopes have been summarized [11]. In this chapter, some typical microscopes will be briefly introduced.1 Photoemission electron microscope (PEEM) Photoemission electron microscope, a widely used microscope, utilizes local variations in electron emission to produce image contrast. Electron created by photoemission and photo-absorption are projected by a set of magnetic lenses onto a micro-channel plate intensifier [12].

It consists of an objective (cathode lens), projector lens and double multilayer channel plate (see Fig. Fluorescence Double screen multichannel plate Imaging energy filter Projective lens Focus Extractor X-ray o 30 Sample Figure 1. Schematic of photoemission electron microscope The incident x-ray impinges on and is absorbed by the sample. The ejected primary photoelectrons propagate through the sample and scattering, creating secondary electrons.

Electrons near the surface with enough kinetic energy can overcome the surface work function and are ejected from the sample surface. These electrons are subsequently 2 accelerated and focused by an objective lens. A series of magnetic and electrostatic lenses focus and magnify the photoelectron image onto a multichannel plate, where the signal is intensified and projected onto a fluorescence screen. The fluorescence screen is located in front of the CCD camera, and detect photoelectron-phosphor event that creates visible light.

The amount of counts on CCD depend greatly on the emitted photonelectrons [13]. However, the spatial resolution is limited mainly by the accelerating electrical field between sample and the anode of the objective.2 Contact microscope In the contact microscope, Fig.2, the sample placed on the photo-resist layer is illuminated by an x-ray beam. The map of various photo-absorption coefficient of the sample is recorded on the photo-resist layer. The recorded pattern can be view by the optical.

The resolution with contact microscope is limited by the diffraction effect and penumbra effect due to the angular divergence of the income beam [14]. Schematic of contact microscope 3 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Phát triển kính hiển vi X-quang 3D đơn giản và ứng dụng" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ: Phát triển kính hiển vi tia X 3D cấu trúc đơn giản. Nghiên cứu ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khoa học.

Luận án "Phát triển kính hiển vi X-quang 3D đơn giản và ứng dụng" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Chonnam National University. Năm bảo vệ: 2013.

Luận án "Phát triển kính hiển vi X-quang 3D đơn giản và ứng dụng" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Phát triển kính hiển vi X-quang 3D đơn giản và ứng dụng" thuộc chuyên ngành Mechanical Systems Engineering. Danh mục: Kỹ Thuật Điện Tử.

Luận án "Phát triển kính hiển vi X-quang 3D đơn giản và ứng dụng" có bao nhiêu trang?

Luận án "Phát triển kính hiển vi X-quang 3D đơn giản và ứng dụng" có 92 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Phát triển kính hiển vi X-quang 3D đơn giản và ứng dụng" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter