本發(fā)明涉及同步輻射x射線成像技術與實驗設備領域，具體涉及一種多物態(tài)兼容的同步輻射x射線多樣品成像樣品臺。

背景技術：

1、同步輻射x射線ct成像技術憑借其高亮度、高空間分辨率（可達亞微米級）、寬能譜可調(diào)性（5-100?kev）及優(yōu)異的相干性，已成為材料科學（如電池材料原位降解研究）、生命科學（生物軟組織三維成像）及地球科學（巖石孔隙結構分析）等領域不可或缺的研究工具。隨著高通量實驗需求的激增（如藥物篩選、合金相變批量觀測），傳統(tǒng)單樣品成像模式因效率低下（單樣品掃描耗時約1-4小時）逐漸成為實驗瓶頸，亟需支持多樣品并行成像的樣品臺以提升數(shù)據(jù)通量。

2、目前商用及文獻報道的同步輻射樣品臺主要存在以下技術缺陷：樣品兼容性不足：現(xiàn)有樣品臺多針對標準塊狀樣品設計，對非固態(tài)樣品適配性差。例如，粉末樣品需依賴膠帶固定，易產(chǎn)生散射偽影；液體樣品因缺乏密封結構，難以實現(xiàn)原位動態(tài)觀測（如電化學反應的液相傳質(zhì)過程）。單次成像效率低下：受限于單樣品倉設計，每次實驗需人工更換樣品，導致有效機時利用率不足30%（以上海光源bl13w1線站為例，日均僅能完成6-8個樣品掃描）。此外，樣品切換過程中的機械復位誤差（±5-10?μm）需額外校準，進一步延長實驗周期。傳動系統(tǒng)穩(wěn)定性缺陷：現(xiàn)有電子驅(qū)動式多樣品臺（如電機驅(qū)動的旋轉樣品架）雖能實現(xiàn)多樣品切換，但在高劑量x射線輻照環(huán)境下易出現(xiàn)機械部件老化、電路信號干擾等問題。

3、盡管已有研究嘗試改進，但仍局限于單一物態(tài)樣品的有限擴展，且依賴精密電子部件導致成本高昂（單臺＞2萬美元）。因此，開發(fā)一種兼容多物態(tài)樣品、支持并行成像且無需電子傳動的機械式樣品臺，對推動同步輻射高通量實驗技術發(fā)展具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是設計一種基于純機械結構的同步輻射x射線多樣品成像樣品臺。通過模塊化設計實現(xiàn)粉末（粒徑≥50μm）、固體塊狀（最大尺寸≤20mm）及密封液體（容器壁厚≤0.3mm）等多物態(tài)樣品的同步承載，結合同步輻射大視場成像特性（典型視場直徑≥30mm@20kev），在保持亞微米級空間分辨率的前提下，使單次實驗可同時完成4-12個樣品的ct數(shù)據(jù)采集。該裝置摒棄電子傳動系統(tǒng)，采用自鎖式機械定位結構（重復定位精度±1μm），不僅避免高能x射線對電子元件的輻照損傷，還可將樣品切換時間從傳統(tǒng)系統(tǒng)的20分鐘/次縮短至零耗時，顯著提升光束線機時利用率，尤其適用于高通量實驗場景如藥物活性成分篩選、合金相變批量觀測等。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：具體涉及一種多物態(tài)兼容的同步輻射x射線高通量多樣品成像樣品臺，其特征在于：樣品臺外護板（1）、樣品臺底座（2）、中部固定支撐立柱（3）和多個樣品臺隔板（4）組成。

3、樣品臺底座（2）材質(zhì)為強度較高的聚醚醚酮（peek）作為主要材料，整體形狀為圓形，上表面光滑平整，周向均勻分布四個環(huán)形凸臺，中間開孔部位與中部固定支撐立柱（3）下部的圓柱直徑相當。

4、中部固定支撐立柱（3）、樣品臺隔板（4）和樣品臺外護板（1）由聚醚醚酮（peek）高分子材料構成，密度不宜過大，對x射線吸收強度較低。

5、所述中部固定支撐立柱（3）的下部為光滑圓柱結構，與樣品臺底座（2）圓形凹槽過盈配合連接，凹槽深度與樣品臺隔板（4）的梯形凸起高度相匹配。

6、所述樣品臺隔板（4）為不規(guī)則結構，一側是用于固定在中部固定支撐立柱（3）上的梯形自鎖凸起，該凸起的高度略小于中部固定支撐立柱（3）的凹槽深度，在插入凹槽后與凹槽形成自鎖連接；另一側為長方形支撐面，其長度與樣品臺外護板（1）的內(nèi)徑相匹配，寬度與樣品臺外護板（1）的高度一致。

7、所述樣品臺外護板（1）為壁厚2mm的中空圓柱形結構，其內(nèi)徑與樣品臺隔板（4）的長邊長度相當，外徑通過樣品底座（2）的環(huán)形凸臺（5）實現(xiàn)精確定位。

8、樣品臺通過不同數(shù)量的樣品臺隔板可以在樣品臺中分隔出多個獨立的置物空間用于放置樣品，樣品的性質(zhì)可為粉末狀、固體塊狀和密封的液體等。放置樣品區(qū)域通過樣品臺隔板調(diào)節(jié)。

9、本發(fā)明專利解決了多樣品成像樣品臺對樣品兼容性不足和成像過程中需多次切換樣品的技術難題，通過純機械結構實現(xiàn)多物態(tài)樣品的同步承載。結合同步輻射大視場成像特性，可在單次實驗中完成4-12個樣品的ct數(shù)據(jù)采集，在保持亞微米級空間分辨率的同時，將有效機時利用率提升，并為高通量批量成像實驗提供專用物理載體。多樣品成像樣品臺采用自鎖式機械定位結構（重復精度±1μm）替代電子傳動系統(tǒng)，既避免了x射線對電子元件的損傷，又降低了90%以上的設備成本。

技術特征：

1.一種多物態(tài)兼容的同步輻射x射線多樣品成像樣品臺，其特征在于，包括：樣品臺底座（2）、中部固定支撐立柱（3）、多個樣品臺隔板（4）及樣品臺外護板（1）；所述樣品臺底座（2）為圓形結構，周向均勻分布有至少四個環(huán)形凸臺（5），中心設有與中部固定支撐立柱（3）下部圓柱過盈配合的凹槽；所述中部固定支撐立柱（3）上部設有環(huán)形凹槽（6），用于與樣品臺隔板（4）的梯形自鎖凸起（7）形成自鎖連接；所述樣品臺隔板（4）一側為梯形自鎖凸起（7），另一側為長方形支撐面，其長度與樣品臺外護板（1）內(nèi)徑匹配；所述樣品臺外護板（1）為中空圓柱形結構，通過底座環(huán)形凸臺（5）實現(xiàn)定位，并與隔板（4）形成4-12個獨立扇形樣品倉。

2.根據(jù)權利要求1所述的多樣品成像樣品臺，其特征在于：所述樣品臺底座（2）、中部固定支撐立柱（3）、樣品臺隔板（4）及外護板（1）的材質(zhì)為聚醚醚酮（peek），且外護板（1）壁厚為2±0.1mm，x射線透過率＞92%@20kev。

3.根據(jù)權利要求1所述的多樣品成像樣品臺，其特征在于：所述中部固定支撐立柱（3）與底座（2）的過盈配合公差等級為h7/p6，垂直度誤差≤0.01mm；所述環(huán)形凹槽（6）深度為2.5-3.0mm，與隔板梯形自鎖凸起（7）的5°傾斜角形成徑向自鎖。

4.根據(jù)權利要求1所述的多樣品成像樣品臺，其特征在于：所述樣品臺隔板（4）的長方形支撐面與樣品臺外護板（1）內(nèi)壁保留0.5±0.05mm間隙，相鄰樣品倉中心間距≥5mm。

5.根據(jù)權利要求1所述的多樣品成像樣品臺，其特征在于：所述梯形自鎖凸起（7）高度比環(huán)形凹槽（6）深度小0.1-0.2mm，插入后形成±1μm重復定位精度。

6.根據(jù)權利要求1所述的多樣品成像樣品臺，其特征在于：所述樣品倉可容納的樣品類型包括：

7.根據(jù)權利要求1所述的多樣品成像樣品臺，其特征在于：所述樣品臺隔板（4）表面經(jīng)噴砂處理形成ra=3.2±0.2μm粗糙度，摩擦系數(shù)提高40%以上。

8.根據(jù)權利要求1所述的多樣品成像樣品臺，其特征在于：所述中部固定支撐立柱（3）頂部設有光滑圓形臺面，用于連接旋轉驅(qū)動模塊實現(xiàn)360°連續(xù)ct掃描。

技術總結
本發(fā)明公開了一種多物態(tài)兼容的同步輻射X射線多樣品成像樣品臺，屬于同步輻射實驗裝置技術領域。該樣品臺包括圓柱形外護板、圓形樣品臺底座、中部固定支撐立柱及可拆卸隔板。內(nèi)部分割結構通過支撐立柱的環(huán)形凹槽與隔板梯形自鎖結構配合，形成4?12個獨立扇形樣品倉，兼容粉末、固體塊狀及密封液體等多物態(tài)樣品。樣品倉徑向尺寸15?20mm，相鄰倉間距≥5mm，外護板壁厚2mm。結合同步輻射大視場成像與多模態(tài)CT重建算法，單次360°旋轉掃描可同時獲取多樣品投影數(shù)據(jù)，通過圖像分割算法實現(xiàn)并行分析。本發(fā)明采用純機械傳動方案，規(guī)避電子元件輻照損傷風險，空間分辨率≤2μm，使高通量實驗效率提升3?5倍，適用于材料科學、生命科學等領域的大規(guī)模樣品原位成像研究。

技術研發(fā)人員：姚圣坤,王書偉,張家樂,鄒楊
受保護的技術使用者：山東師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15