高分辨X射線成像技術(shù)已成為生物科學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域納米尺度結(jié)構(gòu)表征的重要手段。因此,各大同步輻射裝置均建有高分辨X射線成像實驗站,實現(xiàn)全場或掃描X射線透射顯微成像以及疊層相干衍射成像等實驗方法和技術(shù),而這些成像技術(shù)均需要波帶片對X射線聚焦或成像。用于X射線成像技術(shù)的波帶片是一種大高寬比的微納結(jié)構(gòu),對微納加工技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)。目前,這種波帶片只有美國、瑞士和加拿大等國家少數(shù)幾家公司可以制作,國內(nèi)同步輻射使用的波帶片均為進(jìn)口,因此波帶片加工是同步輻射領(lǐng)域 “卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)之一。
為解決這一關(guān)鍵技術(shù)并推動國內(nèi)同步輻射成像技術(shù)的發(fā)展,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室田揚超研究員、劉剛研究員課題組與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微納研究與制造中心周成剛高級工程師、彭芳芳工程師合作成功研制出最外環(huán)寬度為50納米的波帶片(如圖1所示)。在合肥光源軟X射線成像實驗站測試的結(jié)果顯示,該波帶片的空間分辨率優(yōu)于40納米(如圖2所示),成像襯度及圖像均勻性優(yōu)于進(jìn)口波帶片。該波帶片已在合肥光源軟X射線成像實驗站替代進(jìn)口波帶片,服務(wù)用戶開展了大量成像實驗,取得了很好的成像效果。
圖3和圖4是俞書宏院士團(tuán)隊、徐銅文教授團(tuán)隊、沈大偉研究員團(tuán)隊等用戶以及田揚超研究員團(tuán)隊利用該波帶片開展的成像實驗結(jié)果,取得了令人滿意的成像效果。圖3是二維成像結(jié)果,包括對納米片、納米材料以及電池鋰沉積的觀察。圖4是部分樣品CT成像結(jié)果的三維渲染圖像,可以實現(xiàn)納米尺度結(jié)構(gòu)的三維可視化。
此外,課題組正在開展最外環(huán)寬度為30納米波帶片的研制,并且已取得令人振奮的突破,近期國產(chǎn)軟X射線成像波帶片有望全面替代進(jìn)口波帶片。
圖1. 自主研制的50納米波帶片的電鏡照片

圖2. 自主研制波帶片可實現(xiàn)40 納米空間分辨率
圖3. 利用自主研制波帶片開展的部分成像實驗,實現(xiàn)50納米進(jìn)口波帶片的替代
圖4. 利用自主研制波帶片成像的部分樣品三維渲染圖