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题目:纳米-微米复合材料同步辐射纳米层析成像

关键词:纳米-微米复合材料,同步辐射,纳米CT,大视场,局部重建

  摘要



同步辐射纳米CT 技术弥补了扫描电镜缺乏深度信息的不足,为生物、材料等学科提供了一种全新的物体微细观结构无损观察手段。但同步辐射纳米CT 技术应用于纳米-微米材料成像时,面临扫描视场小和样品旋转台抖动等因素影响。为此,本文研究形成了以大视场、局部重建及转台抖动校正等为基础的同步辐射纳米CT 成像工程技术,实现了ZrB2/SiC 陶瓷基纳米-微米复合材料的纳米CT 成像。论文的主要研究工作和成果包括如下三个方面:

(1)针对同步辐射纳米CT 系统视场较小问题,设计、实现了大视场及局部同步辐射纳米CT 成像。大视场同步辐射纳米CT 成像采用样品偏置扫描方式,将转台旋转中心置于探测器边缘位置,使得仅有一半样品存在于射线辐照场,视场扩大近一倍。局部同步辐射纳米CT 成像采用局部扫描,利用基于PI 线的BPF 算法重建样品断层的部分感兴趣区域。针对上述两种方法,分别探讨了其重建算法,完成了数字仿真及实验研制。

(2)样品旋转台抖动是影响同步辐射纳米层析成像质量的关键因素。为此,在分析其影响机理基础上,提出了一种基于自相关函数的修正方法,实现了高像质同步辐射纳米层析成像。它基于金颗粒正弦扫描曲线和投影图自相关函数,分别修正了样品在扫描过程中水平以及垂直方向上的不规则抖动,实现了对抖动伪影的完全校正。

(3)纳米-微米复合材料成像实验。以制备的直径60μm 的ZrB2/SiC 陶瓷基纳米-微米复合材料颗粒为对象,依托北京同步辐射装置4W1A 成像实验站同步辐射纳米CT系统,设计并完成了常规、大视场和局部三种成像模式下的纳米CT 实验,成功获得了ZrB2/SiC 陶瓷基纳米-微米复合材料内部微观结构三维信息。

论文研究工作初步建立了纳米-微米复合材料的同步辐射纳米CT 成像实验技术,首次无损获得了ZrB2/SiC 陶瓷基纳米-微米复合材料内部微观结构三维信息,对相关领域研究有重要的参考价值。