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1、X射线技术和应用段落： 第一部分：X射线的产生和性质X射线衍射（XRD） X扩展的X射线吸收边（EXAFS）X射线形貌（白光形貌和双晶形貌）X射线成像（XRI） X射线小角散（XRS） X射线光刻（XRL） X射线荧光（XRF）- 元素分析 X射线实验系列化研究 结束语：X射线实验系列化研究X射线衍射（XRD）n Debye 法同步辐射（SR）XRD装置 （BSRF）纳米微晶Fe的X射线衍射曲线与理论计算结果的比较n Laue 法蛋白质的Laue衍射图扩展的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X射线形貌（白光形貌和双晶形貌
2、）X射线形貌图X射线成像（XRI）层析术（吸收）显微术（吸收）全息术（衍射）减法造影（吸收）其它n 扫描X射线显微镜装置透射扫描软X射线原理图n X射线显微术实验站n 显微图n 造影装置n 兔耳造影 (注入BaFBr）X射线小角散（XRS）X射线光刻（XRL）SR X射线光刻装置（XRL）n X-ray 掩膜（mask）掩膜n X-ray 抗蚀剂（resist）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 双组分 三组分正性抗蚀剂 负性抗蚀剂u 单组分u 双组分基本树脂材料+含卤族元素的光敏感剂 u 三组分Novalok 树脂基体提供良好的抗干刻蚀特性对辐射灵敏的组分
3、辐照后吸收光子产生强Bronsted酸阻溶剂对光子不敏感但对酸很敏感 u 正性抗蚀剂正性抗蚀剂的衬度曲线sp = D0 sn = D0.7资料PMMA (poly(methyl methacrylate) - 聚甲基丙烯酸甲酯positive tone, polymer chain scission typeElectron beam, DUV, x-ray and multi-level lithographyBasic Parameters:Molecular weight 50 - 950 kg/molSolids content4% - 10%Glass-transition temp
4、erature85 - 106%refractive index1.49 (for 950k at 6328)SolventChlorobenzene,chorobenzene/xyleneMIBK (methyl-iso-butyl-ketone)MEK (methyl-ethyl-kotone)specific gravity0.79 - 0.85 (MIBK)1.08 - 1.14 (chlorobenzene)Flash point28OC chlorobenzene17 OC - MIBKAppearancecolorless liquidFiltration0.20 mSensit
5、ive wavelength200 - 240nmStore conditionsone year, 10 - 21%u 负性抗蚀剂 （EPB, COP, SAR, RAY-PN）负性抗蚀剂的衬度曲线u 分辨率光电子和Auger电子空间分布由Grun射程描述:l = 4.5nm (C Ka), 0.83nm (Ru La) 和0.46nm (Al Ka)rg = 5nm, 35nm 和65nm n X-ray光刻机（stepper）一些结果抗蚀剂图形抗蚀剂图形n LIGA 技术1. 制作三维立体微结构元件2. X射线光刻技术3. 极大高宽比抗蚀剂图形u LIGA技术使得构造任意形状侧面的微结构
6、集成系统1. 结构的尺度可达几百mm 2. 总体精确度可保证在mm和亚mm量级3. 使用的材料可以是金属，塑料，陶瓷以及它们的组合4. LIGA技术的应用范围复盖各种不同技术领域u 范围微型机械，显微光学，集成光学，传感器和执行机构以及化学医药和生物技术u 特点LIGA技术使微机械元件，微光学元件，微传感器以及微电子学可以集成在单芯片上形成微集成系统，这可以极大地减小整个系统的体积，降低功耗，提高执行速度，对高技术发展和军事工业具有巨大的吸引力。u 工艺过程1. 第一步 （X-ray Lithography）同步辐射X射线通过掩摸辐照到涂在电镀基底上的厚抗蚀剂上进行曝光, 然后对曝光的抗蚀剂显
7、影，形成抗蚀剂图形2. 第二步（Electroform Mould）进行电铸，去掉电镀基底和作为图形的抗蚀剂，得到一金属微结构型版3. 第三步（ Electroform structures）是一个回流铸塑高分子材料过程，即在导电塑料基底上形成电绝缘结构。最后通过电铸做成金属结构元件工艺过程u LIGA技术应用微静电电机X射线荧光（XRF）- 元素分析同步辐射X射线荧光（SR-XRF）分析用于环境的监测和净化n X射线荧光（XRF）的产生Ka, bLa, bn 质子，光子和电子激发的XRF谱n 荧光产额n 荧光线系n 荧光光谱n SR-XRF装置固体靶XRF装置n SR-XRF环境应用特点u
8、实验方法1. 白光SR-XRF - 简单快速2. 单色光SR-XRF 高分辨率3. 全反射SR-XRF 高灵敏度u 监测和净化对像1. 水源2. 土壤3. 空气4. 生物X射线实验系列化研究n 近期实验方法的一些进展= 高原子序数（Rh后面的元素）元素的探测第三代同步辐射源提供更强的硬X射线探测器改用测量范围达到60keV的Ge探测器= 反射X射线荧光（TR-SR XRF）分析u 全反射的临界角和X射线的波长成正比u 全反射时X射线进入样品的深度为nm量级u 探测限可以达到10-9或10-12g的水平= XRF微区分析 （m-SR XRF） 中空毛细玻璃管聚焦X射线透镜n SR-XRF 用于环
9、境的监测和净化 - 我们的一些近期结果= 样品:采自南极, 青岛海域, 淮河流域, 舟山, 大别山, 合肥, 庐江, 滁州, 巢湖, 凤台等地 植物, 动物及化石等共计772个样品= 近期结果u 分析方法1. 无标样定量分析2. 逃逸峰的测量和计算*逃逸峰 - 实验结果（植物叶，CoCl2）逃逸峰计算结果3. 和峰的测量与计算*和峰 - 实验结果(ZnO)主峰 / 和峰的理论值与实验值比较4. 植物的SR-XRF谱数据库u 南极生态环境1. 苔藓，地衣和海藻 苔藓可生长条件与不同地质相关; 地衣可反映陆地生态系统中新土壤的特性; 海藻则处于海洋生态系统中，它们对陆地和海洋环境的变化十分敏感。2
10、. 海豹，贝壳，海鸥和企鹅 海洋动物和海鸟是食物链中关键环节，其骨，肉内元素的变化反映了极地气候，地质和生态变迁。极地植物可做为全球污染指数的稳定的指示样品动物骨元素的变化，与极地食物链和极地环境变迁相关u 淮河流域（中下游）污染状态1. 沿流向污染重元素含量增高金鱼藻（抗富营养污染植物）产地分布2. 沿流向金鱼藻XFR谱的元素相对峰强（K归一）Ti, Mn, Fe, Co含量增加主要是富营养污染（N，P，）u 青岛海域污染变化比较不同深度青岛海藻14年元素含量变化，揭示海水(沿岸)污染加重1. 样品及生长带a) 物理环境影响b) 海水污染深度分布2. 几种海藻元素含量变化（99年/85年）a
11、) 海蒿子 浅层污染 （Cr,Fe,Ni,Cu,Zn,As,Pb）b) 刺石松 深层污染 (Fe,Zn,Sr,Pb) (浅层污染 大于 深层污染)u 矿山污染监测u 金鱼藻Fe/Mn峰强比 ：富营养污染度标识u 植物元素富集特性a) 净化空气，水和土壤的植物筛选b) 监测空气，水和土壤污染的敏感植物筛1. 鸭毛藻对Br的饱和性富集2. 海带对I的超富集作用3. 海蒿子对As和Sr的超富集4. 莲子叶草（叶）对Pb和Hg的富集速率u 树年轮XRF谱结束语：X射线实验系列化研究n X射线技术实验室建设= 四级体系下的三层次模式= 科研与教学内容接轨= 选修与必修有机结合n 目的对学生进行基本的，全面的和系统的有关X射线分析和应用的理论和实验的训练，使他们能独立的完成样品制备，实验设计和实验结果分析，提高其科研能力和素质，有很重要的现实意义并长远受益。n 环境= 一流大学建设的实施= 四级实验教学体系的建立= 选修课制度的实行= Seminar制度的实行= 大学物理实验教材出版= 科研基础n 方法= 全面整合X射线技术实验使其系列化= 内容与科研接轨= 选修制度n 模式= 四（A）：工科型u Debye照相和物相分析u Laue法单晶定向= 四（B）：理科型u 衍射仪法系列实验u X射线荧光系列实验= 四（C）：研究型u X射线成像；u X射线微/纳米蚀刻
