CN111474190A - 二氧化硅微球三维全形貌检测装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种二氧化硅微球三维全形貌检测装置，包括X射线管、光栅G0、旋转台、光阑、波带片、光栅G1、光栅G2、闪烁体、显微物镜和接收器，适用于几到几十微米二氧化硅微球的三维全形貌检测，为提高检测的灵敏度，采用三个光栅，实现X射线相衬成像，为提高检测的分辨率，采用波带片与光阑相配合，实现X射线的显微成像旋转微球360°，对微球的所有投影面进行成像，获取微球投影面的相衬图像，再通过相衬图像计算出微球的断层图像，使用断层拼接软件，重构出微球的三维数字模型。该平台可对二氧化硅微球的三维全形貌，包括内部的结构进行检测，并且分辨率高成像对比度好，适用于微米量级的微球。

Description

二氧化硅微球三维全形貌检测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于光学检测技术领域，特别是一种二氧化硅微球三维全形貌检测装置及其检测方法。
背景技术
二氧化硅微球是一种无毒、无污染、高强、高韧、稳定性好、比表面积大、机械强度高的无机非金属纳米材料，广泛应用于光子晶体、传感器、化工催化、生物医药学、高分子复合材料等研究领域。
二氧化硅微球按形貌分类大致可分为三类，即普通二氧化硅微球、中孔二氧化硅微球和多孔二氧化硅微球。微球粒径的范围大概在0.1-50微米之间，孔径的范围大概在十几或几十纳米，中空微球的壳层厚度在几十纳米量级左右。不同尺寸和结构的微球有着不同的作用，例如直径为几微米，粒径精度为50nm的二氧化硅实心微球可用作液晶屏的间隔物微球而直径在15-30μm，孔径在20nm左右的中空多孔二氧化硅微球可用做催化烯烃聚合的茂催化剂的载体中空二氧化硅微球又可用作药物的载体从而达到药物的贮存于缓释。
目前对微球表面、微观形貌用扫描电镜分析(SEM)表征，用透射电镜分析(TEM)表征微球的微观形貌及孔结构，还可用于表征纳米级中空微球的中空结构，但不适用于尺寸为微米级的中空微球。微米级中空微球只能通过扫描电镜下的破球来证实。激光粒度分析仪、高倍显微镜和X射线衍射可对微球样品的粒径大小以及分布范围。但这些方法均不能在无损的情况下对微球的内部结构进行表征。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种二氧化硅微球三维全形貌检测装置和检测方法，该方法使用X射线作为光源，使用光栅提高检测的灵敏度，使用波带片与显微物镜提高检测的分辨率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种二氧化硅微球三维全形貌检测装置，包括：X射线管、光栅G0、旋转台、光阑、波带片、光栅G1、光栅G2、闪烁体、显微物镜、接收器。将光栅G0置于X射线管的后方，X射线经过光栅G0后会形成栅型的X光，栅型X光照射微球并且由波带片进行成像，为避免直射的X光影响成像，在波带片前使用光阑挡住一半的波带片，在波带片的后方一定距离放置光栅G1以满足lau效应，光栅G1的后方一定距离放置光栅G2，使其在G1的自成像的位置上，自成像的栅型条纹与光栅G2叠加形成莫尔条纹。莫尔条纹由闪烁体接收，将X射线转换为可见光，再使用可见光波段的显微物镜对闪烁体进行成像，最后由接收器接收。
依靠光阑和波带片实现X射线显微成像，以提高对二氧化硅微球成像的分辨率，通过添加光阑避免直射光干扰成像。
依靠闪烁体、显微物镜和接收器实现可见光的显微，配合X射线波段的显微实现二级放大。
依靠光栅G0、G1和G2实现相衬成像，以提高对二氧化硅微球成像的对比度。
X射线管电子能量选用8Kev，该电子能量的X射线可以保证在空气中的传播，也可以尽量缩减光路的长度。
利用二氧化硅微球三维全形貌检测平台对样品进行检测包括如下步骤：
①将二氧化硅微球置于负压吸附装置上，保证样品被很好的固定，放置在检测过程中发生移动，影响检测结果。再将吸附装置置于旋转台上，保证微球的球心与旋转台的轴心重合。
②打开X射线管，通过接收器记录二氧化硅微球的相衬成像图，旋转微球，每隔1°对相衬成像图进行采集，共采集240幅二氧化硅微球在不同角度下的相衬成像图。
③将240幅相衬成像图导入MATLAB软件中进行断层信息的计算，即可获得二氧化硅微球所有的断层图像。
④将断层图像导入三维重构软件对二氧化硅微球的三维模型进行重组，即可获得微球的三维数字模型，使用测量工具即可获得微球的参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用X射线作为光源，确保光线在穿过二氧化硅微球时不会发生偏折而影响检测的准确性。
2、采用波带片与光阑相配合，在X射线和可见光波段的二次显微放大，实现X射线的显微成像，提高检测的分辨率。
3、采用三个光栅，实现X射线相衬成像，提高检测的灵敏度。
4、适用于几到几十微米二氧化硅微球的三维全形貌检测。
附图说明
图1为检测光路图。
图中：1-X射线管；2-光栅G0；3-旋转台；4-光阑；5-波带片；6-光栅G1；7-光栅G2；8-闪烁体；9-显微物镜；10-接收器；
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图所示，一种二氧化硅微球三维全形貌检测装置，包括：X射线管1、光栅G02、旋转台3、光阑4、波带片5、光栅G16、光栅G27、闪烁体8、显微物镜9、接收器10，将光栅G0-2置于X射线管的后方，X射线经过光栅G0后会形成栅型的X光，栅型X光照射微球并且由波带片-5进行成像，为避免直射的X光影响成像，在波带片前使用光阑4挡住一半的波带片5，在波带片的后方一定距离放置光栅G1-6以满足lau效应，光栅G1-6的后方一定距离放置光栅G2-7，使其在光栅G1-6的自成像的位置上，自成像的栅型条纹与光栅G2-7叠加形成莫尔条纹。莫尔条纹由闪烁体8接收，将X射线转换为可见光，再使用可见光波段的显微物镜对闪烁体进行成像，最后由接收器-10接收。平台搭好后将二氧化硅微球置于负压吸附装置上再将吸附装置置于旋转台上，保证微球的球心与旋转台的轴心重合。打开X射线管，通过接收器记录二氧化硅微球的相衬成像图，旋转微球，每隔1°对相衬成像图进行采集，共采集240幅相衬成像图，最后通过编程与算法即可对微球三维数字模型进行重组，获得数值模型后使用测量工具进行微球参数的测量。

Claims (6)

1.一种二氧化硅微球三维全形貌检测装置，其特征在于，包括：X射线管(1)、光栅G0(2)、供二氧化硅微球放置的旋转台(3)、光阑(4)、波带片(5)、光栅G1(6)光栅G2(7)闪烁体(8)、显微物镜(9)和接收器(10)；所述的光栅G0(2)置于X射线管(1)的后方，X射线经过光栅G0后会形成栅型的X光，栅型X光照射微球后，经光阑(4)，入射到波带片(5)，由波带片(5)进行成像，在波带片的后方放置光栅G1(6)，以满足lau效应，光栅G1(6)的后方放置光栅G2(7)，使其在G1(6)的自成像的位置上，自成像的栅型条纹与光栅G2(7)叠加形成莫尔条纹，莫尔条纹由闪烁体(8)接收，将X射线转换为可见光，再利用可见光波段的显微物镜(9)对闪烁体进行成像，最后由接收器(10)接收。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅微球三维全形貌检测装置，其特征在于所述的光阑(4)和波带片(5)实现X射线显微成像，用以提高二氧化硅微球成像的分辨率。
3.根据权利要求1所述的二氧化硅微球三维全形貌检测装置，其特征在于所述的闪烁体(8)、显微物镜(9)和接收器(10)实现可见光的显微，配合X射线波段的显微实现二级放大。
4.根据权利要求1所述的二氧化硅微球三维全形貌检测装置，其特征在于所述的光栅G0(2)、光栅G1(6)和光栅G2(7)实现相衬成像，以提高对二氧化硅微球成像的对比度。
5.根据权利要求1所述的二氧化硅微球三维全形貌检测装置，其特征在于，所述的的X射线管(1)的电子能量选用8Kev，该电子能量的X射线可以保证在空气中的传播，也可以尽量缩减光路的长度。
6.利用权利要求1-5任一所述的二氧化硅微球三维全形貌检测装置进行检测的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
①将二氧化硅微球置于负压吸附装置上，再将吸附装置置于旋转台上，保证微球的球心与旋转台的轴心重合；
②打开X射线管，通过接收器记录二氧化硅微球的相衬成像图，旋转微球，每隔1°对相衬成像图进行采集，共采集360幅二氧化硅微球在不同角度下的相衬成像图；
③将360幅相衬成像图导入MATLAB软件中进行断层信息的计算，获得二氧化硅微球所有的断层图像。
④将断层图像导入三维重构软件对二氧化硅微球的三维模型进行重组，获得微球的三维数字模型，使用测量工具即可获得微球的参数。
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