西北旱区生态水利国家重点实验室大型仪器设备“三轴X射线动态扫描综合测试分析系统”已完成安装、调试和试运行，具备正式运行条件。按照《西安理工大学仪器设备开放共享管理办法》（西安理工实管【2017】5号），现计划将该设备面向校内外用户开放共享，具体信息如下：

西北旱区生态水利国家重点实验室

——微结构多功能检测实验室

西北旱区生态水利国家重点实验室微结构多功能检测实验室成立于2023年5月，位于西安理工大学金花校区学科一号楼111室，主要检测设备为一台蔡司X射线动态扫描成像仪，也称X射线显微镜。该设备主要功能是通过高能量微聚焦的X射线源，发射具有高穿透性的X射线来扫描待测样品，配合数据采集、重构、可视化等软件包，以二维虚拟切片和三维图像的形式，清晰、准确、直观、无损地展示各类样品内部组织、形貌、结构等。设备不仅可以从多维度、多尺度来表征样品内部微观结构，还可实现最高0.5um的高空间分辨率。其检测样品可以是多形态、多材质，例如，对岩土、金属、混凝土、陶瓷、高分子材料的三维无损分析；对动、植物材料的微观结构三维成像；对半导体材料的形貌测量及失效分析等。

 

微结构多功能检测实验室

 

X射线显微镜

X射线显微镜内部构造

 

样品实测效果展示：

1、沥青混凝土块断层扫描二维重构切片与3D渲染效果图：

 

2、切割木料断层扫描二维重构切片与3D渲染效果图：

 

3、岩土材料3D重构渲染动画：

   

4、纤维材料3D重构渲染及网格化输出动画：

   

   

该设备自试运行以来，已累计测样200余人次，涉及了我校土木、水利、农业、材料等多个学科，举办了一场校内外百人技术交流会。目前已知基于此设备获批国家基金、博后资助各一项，申请专利、发表论文若干，培养研究生数名。

 

蔡司X射线显微镜（X-Ray Microscope）简介

 

一、X射线的特性

X射线是一种具有很高能量的电磁辐射，具有波粒二象性，既可以表现出粒子性又可以表现出波动性。X射线的波长非常短，可以穿透物质并与物质相互作用。

二、X射线显微镜的构造

X射线显微镜主要由光学系统、激发系统和探测系统组成。光学系统包括透镜和光栅，用于聚焦和分析入射的X射线。激发系统用于产生高强度的X射线束，常用的有同步辐射和x射线管。探测系统用于接收和记录经过样品散射后的X射线。

三、X射线显微镜的成像原理

X射线显微镜的成像原理是基于样品对X射线的吸收、散射和衍射。当入射X射线经过样品后，会发生吸收和散射，这些散射的X射线会被探测系统接收。通过测量探测系统接收到的散射信号，可以获得样品的结构和组成信息。

四、X射线显微镜的优势

X射线显微镜具有高分辨率、无损伤和大样品透明性等优势，可以观察非常细小的结构和组成。

五、X射线显微镜的应用

X射线显微镜是一种重要的成像工具，它利用X射线的特性和样品对X射线的相互作用，实现了对微观结构和组成的观察，在各领域都有广泛的应用前景。

1. 材料科学：用于研究材料的性能和改性。

典型任务与应用

● 观察软复合材料中的裂缝或测量钢材中的孔隙率

● 对真空条件和带电粒子束不适合观察的材料进行成像

● 观察二维表面成像手段（如光学显微镜，扫描电子显微镜和原子力显微镜等）难以观察到的深埋内部的微观结构

无损3D成像对于增材制造的发展至关重要。 粉末冶金不锈钢样品经过激光烧结，并使用XRM成像。基于3D数据体，将未烧结的固相进行图像分割并对其体积进行定量测量。在不损坏样品情况下，X射线显微镜还可通过虚拟切片的查看确定感兴趣区域，进而进行内部断层扫描成像的能力。  

 

2. 生命科学：可以观察生物样品的细胞结构、蛋白质分布等微观结构，用于研究生物体的功能和机制。

典型任务与应用

● 实现虚拟的组织学切片观察，对细胞和亚细胞特征进行可视化

● 通过观察高分辨率、高衬度的细胞和亚细胞结构，拓展在发育生物学方面的视野

● 对完整的大样本进行成像，例如大脑组织或大骨头

● 对未染色和染色的组织实现高分辨率和高衬度成像

● 探究硬组织和软组织以及生物的微观结构

   

3. 原材料科学：如岩土、金属、陶瓷、高分子等三维无损分析。

典型任务与应用

● 表征岩心尺度上的非均质性，并对孔隙结构进行量化

● 流体流动测试，纹理分析，对不同特征尺寸进行分类

● 碳固存研究

● 改进矿物加工工艺流程：分析尾矿以尽量提高采收率，进行热力学浸出研究，对铁矿石等采矿产品进行 QA/QC 分析

● 精准的3D亚微米级成像，以帮助进行数字岩心模拟、原位多相流体流动研究和3D 矿物学分析

● 以高效率对大尺寸（4英寸岩心直径）样品进行多尺度成像、表征和建模

   

4. 电子器件：用于研究形貌测量及失效分析。

典型任务与应用

● 对完整封装进行无损亚微米成像来进行缺陷定位和表征，从而优化工艺开发并进行失效分析

● 用三维方式测量内部特征或研究封装的可靠性

● 受益于高分辨率和无损的3D亚微米成像，可部分替代或者补充物理切片观察的方法

● 通过完整设备的高通量的宏观扫描，可在单一工具的工作流程中实现高效工作

● 无损“定位-放大”系统，可实现快速从模组到封装、到互连的缺陷进行重新定位，并快速获得亚微米级成像表征结果，以补充或替代物理切片观察方法

   

欢迎各位老师、同学预约测样！