基于同步辐射X射线相衬显微CT技术的竹木复合材料胶合界面特征研究_彭冠云
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同步辐射成像技术在材料科学中的应用研究
同步辐射成像技术在材料科学中的应用研究同步辐射成像技术是一种高分辨率的成像技术，可以突破传统光学成像的限制，用于材料科学领域的研究。
它利用同步辐射光的特点，通过收集和分析样品反射、散射和透射的辐射，可以获取高质量的材料结构和组成信息。
这种技术在材料科学研究中具有广泛的应用，下面将重点介绍几个典型的应用研究方向。
1.同步辐射X射线成像技术在材料科学中的应用同步辐射X射线成像技术是一种独特的非破坏性成像方法，可以用于表征材料的微观结构和成分。
通过调节辐射的能量和波长，可以实现对不同材料的成像。
例如，可以利用同步辐射X射线成像技术对材料的晶体结构、晶粒大小以及材料中的缺陷、杂质等进行高分辨率的观察和分析。
此外，由于同步辐射X射线的高亮度和短脉冲宽度，还可以应用于材料的动态研究，如材料熔化、相变和应力变化等过程的实时观测。
2.同步辐射红外成像技术在材料科学中的应用同步辐射红外成像技术是一种非接触式的成像方法，可以实现对材料的红外辐射进行高分辨率成像。
红外成像可以提供材料的热分布和热传导等信息，对于研究材料的热性质、热辐射和热传导等方面具有重要意义。
利用同步辐射红外成像技术，可以实时观测材料的温度分布、热传导过程以及热辐射特性等。
这对于材料的热性能研究、材料的热稳定性评估以及材料的红外导热材料制备等方面具有重要应用价值。
3.同步辐射显微镜技术在材料科学中的应用同步辐射显微镜技术是一种集成了高空间分辨率成像和高能量分辨率光谱分析的成像技术，可以用于对材料的表面形貌、化学组成和电子结构的研究。
通过同步辐射显微镜技术，可以实现对材料的原子尺度成像，观察材料中的晶格、原子排列以及表面形貌等信息。
此外，还可以应用于材料的局域电子结构研究，如表征材料中的化学键、价带结构和局域电子态等。
这对于了解材料的电子性质、催化反应机理以及材料界面的相互作用等方面有重要意义。
总之，同步辐射成像技术在材料科学中具有重要的应用价值，可以实现对材料的高分辨率观测和分析。
60Co-γ射线辐照对竹纤维结构及其吸水性能的影响
60Co-γ射线辐照对竹纤维结构及其吸水性能的影响作者：陈祖琴杨瑶君黎青彭宇耿丹丹黄文丽来源：《湖北林业科技》2020年第06期摘要：为了探究60Co-γ射线对竹纤维的影响，以慈竹为试验材料，研究不同辐照剂量处理对慈竹纤维结构及吸水性能的影响。
通过失重率的测定和扫描电镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FT-IR）、广角X射线衍射（XRD）等分析方法，研究了辐照剂量对竹纤维结构的影响。
结果表明：经辐照后的竹粉失重率由33.3%升高到54.0%;SEM发现辐照剂量为50 kGy时，竹纤维上出现有降解迹象的小孔。
FI-RT和XRD结果显示辐照并未改变竹纤维结构，竹纤维结晶度随辐照剂量升高呈先升高后降低的趋势变化;随着辐照剂量增加，竹纤维的吸水和吸盐水率先降低后升高。
本研究结果为竹纤维辐照应用提供理论基础。
关键词： 60Co-γ射线;辐照;竹纤维;傅立叶红外光谱;广角X射线衍射中图分类号：TS1 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2020）06-0018-06Abstract： In order to investigate the effect of 60Co-γ ray on bamboo fiber，the effect of different irradiation dose treatment on the structure and water absorption of Cizhu fiber was studied.The effects of irradiation dose on bamboo fiber structure were studied by measuring the weight loss rate and scanning electron microscopy （SEM），fourier transform infrared spectroscopy （FT-IR） and wide-angle X-ray diffraction （XRD）.The results showed that the weight loss rate of bamboo powder after irradiation increased from 33.3% to 54.0%;when theirradiation dose was 50 kGy，the small holes with signs of degradation appeared on the bamboo fiber.The results of FT-IR and XRD showed that the irradiation did not change the bamboo fiber structure.The crystallinity of bamboo fiber increased first and then decreased with the increase of irradiation dose.With the increase of irradiation dose，the absorption and absorption of bamboo fiber decreased first then rising.The results of this study provide a theoretical basis for the application of bamboo fiber irradiation.Key words： 60Co-γ ray;irradiation;bamboo fiber;FT-IR;XRD竹子生長速度快、生长周期短、再生能力强，是缓解木材供需矛盾的重要森林资源[1]。
基于同步辐射的材料结构表征技术
基于同步辐射的材料结构表征技术同步辐射是一种高级的辐射，其能量与电荷配对，使其产生高强度和窄宽谱的光束，可以用于材料科学中的结构表征。
同步辐射技术提供了一个高精度、非破坏性的手段来研究材料的结构和性能。
这种技术用于研究材料的结构和性能的领域有很多。
例如，用同步辐射进行X射线衍射实验，可以分析晶体的原子位置、晶格结构、畸变和位错等信息；用同步辐射照射材料可以产生束流电子，因为束流电子的能量与发射电子的能量一致，所以能够分析样品的电子结构；同步辐射还可以结合X射线吸收光谱和X射线荧光光谱来探测材料中元素的化学状态和反应动力学过程等信息。
同步辐射技术的优越性在于其具有高分辨率的特点。
与传统的X射线衍射和散射技术相比，同步辐射技术的分辨率更高，可以探测到非常小的缺陷，而且可以测量更复杂的结构信息，如界面、颗粒和纳米结构等。
同步辐射技术还具有多种优点，如灵活性和速度。
同步辐射技术利用高度同步的X光源和材料之间的对交互作用，因此可以在非常短的时间内获得分辨率非常高的结构信息。
另外，同步辐射还可以提供高能量和强度的光束，这使得研究者可以得到很多具体数据。
这些优点使得同步辐射在材料科学和工业中越来越受欢迎。
同步辐射技术的缺点是它需要非常复杂的仪器设备来实现。
高强度和窄光谱的X射线需要大型加速器和精密的光学设备来产生和分离，同时需要特别设计的样品环境来保持材料的完整性。
由于这样的仪器设备成本昂贵，限制了同步辐射技术的应用范围。
总之，同步辐射技术是一种非常有用的结构表征技术，可以提供非常高的分辨率和精度，以及丰富的结构和化学信息。
虽然存在一些限制和挑战，但该技术在材料科学和工业中具有巨大的应用潜力。
γ射线辐照处理竹材的X射线光谱研究
收稿 日期 ：２ Ｌ－８ｌ 。 Ｏ ＯＯ 一Ｏ 修订 日期 ：２ １ —２２ ０ ０１—０ 基金项 目：国家 “ 十一 五” 科技支撑课题 （Ｏ ８ ＡＤＡ９ ｏ ） ２ ０Ｂ Ｂ ３ 资助
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１ ０
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４ Ｏ
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２ 。 ）
Ｆｉ ． ＸＲＤ ｔｅ ｏ ｒ ｔ ｌｉ ｉｙ ｉ ｂ ｍ ｂｏ ｇ２ ｐａ ｔｎ ｆｅ ｙｓａｌｎ ｔ ｎ ａ ｏ
第 ３ 卷 １
其 中 ， ｒ表示相对结 晶度百 分率 ； ｏ表示 （０ ） Ｃｌ ｚ ０ ２ 晶格衍 射 角 的极大 强度 ； 则表示 ２ 角 近于 １ 。 ｋ ８时的非结晶背景衍射
散射 强度 。
２
Ｑ 一 Ｉ Ｊ 一 一 习 Ｊ ３ ０
Ｏ ８ ６ ４ ２ Ｏ
第３卷 ， ６ １ 第 期
２０ １１年 ６月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ． １Ｎｏ ６ ｐ １ １— ７ ９ １３ ， ． ，ｐ ７ ７１ １
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｊ ｎ ，２ １ ｕｅ ０ｌ
改性 和竹塑复合材料 的研发具有重要 的指导意义 。
源。人射光路 与接 收光 路 夹角 为 ２ ． 。 ２ ４ ，在接 收 器上 得 到 ｐ 如 ∞ 如 加 （ 以样品面法线为轴 的旋转 角）强度 的关系 ，如图 １ 一 所示 。
３ ０ ５０ ０ ３ ００ ０ ０ ２ ０ ５０ ０ ２ ０ ００ ０ １ ｏ ５ｏ Ｏ ｌ ０ ００ ０ ５０ ０ ０
摘 要 利用 ｘ射线衍射仪， ７ 对 射线辐照处理前后的竹材进行 ｘ射线光谱分析， 得出竹材结晶度和微纤
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第 ３ 卷 １
其 中 ， ｒ表示相对结 晶度百 分率 ； ｏ表示 （０ ） Ｃｌ ｚ ０ ２ 晶格衍 射 角 的极大 强度 ； 则表示 ２ 角 近于 １ 。 ｋ ８时的非结晶背景衍射
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第３卷 ， ６ １ 第 期
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Ｖｏ． １Ｎｏ ６ ｐ １ １— ７ ９ １３ ， ． ，ｐ ７ ７１ １
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改性 和竹塑复合材料 的研发具有重要 的指导意义 。
源。人射光路 与接 收光 路 夹角 为 ２ ． 。 ２ ４ ，在接 收 器上 得 到 ｐ 如 ∞ 如 加 （ 以样品面法线为轴 的旋转 角）强度 的关系 ，如图 １ 一 所示 。
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摘 要 利用 ｘ射线衍射仪， ７ 对 射线辐照处理前后的竹材进行 ｘ射线光谱分析， 得出竹材结晶度和微纤
我国X射线相位衬度成像研究获重大突破医疗CT技术有望实现新飞跃
材 料科学 、 息科学 、 信 安全检查 和许多工业 产 品检 测领域得 到广 泛应 用 ， Ｘ射线 透视 和 ｘ射线 Ｃ 与我们 Ｔ 每 一个人 的生 活和健康息 息相关 。然 而 ， 传统 的 Ｘ射 线 成像 技术 对重 元 素为 主 的物 体 （ 如骨 头 、 金属 等 ） 比较 敏感 ， 能获得 清 晰的 图像 ， 而对 轻元 素为主 的生物 软组织 （ 如早 期肿 瘤 、 管） 高分 子材料 （不久前在 ｘ射线相位衬度成像研究领域取得重大突破 ， 其研究成果克服了医学 Ｘ射线 Ｃ Ｔ技术 应用 ｘ射线相位衬度成像方法的障碍， 为形成更加快速、 灵敏度更高、 更安全的 ｘ射线相位 Ｃ Ｔ技术奠定 了基础 。专家预测 ， 这项新 技术 的诞 生 ， 将催 生新型 Ｘ射线相位 Ｃ Ｔ产业 。 从伦 琴发现 Ｘ射线至今 的 １ ０多年里 ， 统 的基 于吸收 的 Ｘ射线成 像技术 在 医学 临床诊 断 、 ０ 传 生物学 、
料、 碳纤 维 、 高聚 合物） 能得到模糊 的图像 。与之 相 比， 十几 年来 发 展起 来 的 Ｘ射 线相 位衬 度成 像具 只 近
有 明显 的优势 ， 以对轻元 素构成 的生物 软 组织 获得 高清 晰 （ 度） 图像 。但 由于 成像 方 法 比较 繁琐 ， 可 衬 的
成像时 间过 长 ， 辐射剂 量过 高 ， 不适合生 物医学样 品 的成像 要求 ， 于 与 目前广 泛使 用 的 医学 Ｘ射线 Ｃ 难 Ｔ 技术相结合 ， 因此 ， Ｘ射线 相位衬度 成像技术 的推广应 用遇 到了瓶 颈 。 吴 自玉领导 的联合成 像科研小 组 ， 准 Ｘ射线 相位衬度 成像普及 应用这 个与人 类 健康 紧密 相关 的课 瞄
５ ０ ： ９ ８ Ａ－ — ５ ０ ０Ａ－ ． ９ ８５ ０ ０ １ ９８ ８
料、 碳纤 维 、 高聚 合物） 能得到模糊 的图像 。与之 相 比， 十几 年来 发 展起 来 的 Ｘ射 线相 位衬 度成 像具 只 近
有 明显 的优势 ， 以对轻元 素构成 的生物 软 组织 获得 高清 晰 （ 度） 图像 。但 由于 成像 方 法 比较 繁琐 ， 可 衬 的
成像时 间过 长 ， 辐射剂 量过 高 ， 不适合生 物医学样 品 的成像 要求 ， 于 与 目前广 泛使 用 的 医学 Ｘ射线 Ｃ 难 Ｔ 技术相结合 ， 因此 ， Ｘ射线 相位衬度 成像技术 的推广应 用遇 到了瓶 颈 。 吴 自玉领导 的联合成 像科研小 组 ， 准 Ｘ射线 相位衬度 成像普及 应用这 个与人 类 健康 紧密 相关 的课 瞄
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同步辐射X射线吸收谱及其在矿物学地球化学中的应用彭明生
1999年1月矿物岩石地球化学通报Jan.,1999第18卷第1期BULLETIN OF MINERALOGY,PETROLOGY AND GEOCHE M ISTR Y Vol.18No.1同步辐射X射线吸收谱及其在矿物学、地球化学中的应用*彭明生李迪恩林冰梁金龙(中山大学宝石矿物材料研究所,广州510275)关键词同步辐射X射线吸收光谱矿物学岩石学地球化学矿物谱学是目前矿物学,甚至岩石学、地球化学中方兴未艾的一个研究领域。
但现在常用于矿物学研究的谱学方法都有一定的局限性,如穆斯堡尔谱只能研究穆斯堡尔核,通常为57 Fe、119Sn。
可见吸收光谱限于研究能产生颜色的过渡金属离子或色心,电子顺磁共振谱要求被研究的对象具有不成对的电子自旋,而X射线吸收光谱可以得到所有这些方法所能得到的信息,且对被研究的对象基本上没有什么限制。
X射线吸收光谱学的理论与试验方法的重大进展以及开始应用于物理、化学、生物学、地质地球化学与工业中,研究结晶物质、非晶质物质与玻璃、液相与气象物质、催化剂、生物体和金属原子簇的结构、成键与反应过程,还是近10多年的事情,这在很大程度上取决于同步辐射源的应用及有关技术的发展,我国自行设计和制造的同步辐射加速器是我国在80年代末取得的重大科技成果,也标志着我国在这一领域已达到国际先进水平。
自1993以来,在我国工艺矿物,矿物物理和矿物材料会议上发表了矿物的X射线吸收精细结构谱XAFS和近边结构谱XANES[1~4]。
这是因为同步辐射这一新兴科学的发展,才使X射线吸收光谱得到发展。
同步辐射是具有十分优异性能的新型光源,它的发现与应用被人们誉为继电灯,X光和激光之后人造光源历史上的第四次革命。
在此,简要介绍同步辐射源,X射线吸收光谱的基本原理和由此可能得到的信息,其中特别强调这些信息在矿物学、岩石学、地球化学中的应用。
1同步辐射源和X射线吸收光谱的探测方法X射线吸收光谱要求有能量范围宽连续的强X射线辐射源,过去常用旋转阳极X射线管产生的连续辐射,但目前X射线吸收光谱的进展及其应用主要依赖于同步辐射源的一场革命,因此,这里主要介绍同步辐射源。
X射线TICT在复合材料工件检测中的能谱硬化修正模型
X射线TICT在复合材料工件检测中的能谱硬化修正模型彭光含;杨学恒;蔡新华;乔闹生;刘长青【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2007(27)4【摘要】X射线TICT中,由于X射线能谱具有多色性,X射线在透射物质时,能量较低的射线优先被吸收,也即较高能量的X射线的衰减系数比较低能量的X射线的衰减系数小,射线随透射厚度增大,变得更易穿透,也就是发生了能谱硬化现象.如不加修正,必引起赝像.文中对能谱硬化现象进行了分析,探讨了X射线TICT在复合材料工件检测中,X射线的衰减系数与透射厚度的关系,并根据Beer定律和X射线与复合材料作用的特点,推导出X射线TICT在复合材料工件检测中,严谨精确的能谱硬化修正模型及其修正方法.对修正后的衰减系数再做卷积反投影重构,即可有效消除能谱硬化造成的影响.【总页数】4页(P823-826)【作者】彭光含;杨学恒;蔡新华;乔闹生;刘长青【作者单位】湖南文理学院物电系,湖南,常德,415000;重庆大学自动化学院,重庆,400030;重庆大学数理学院,重庆,400030;湖南文理学院物电系,湖南,常德,415000;湖南文理学院物电系,湖南,常德,415000;湖南文理学院物电系,湖南,常德,415000【正文语种】中文【中图分类】O434.1;TP391【相关文献】1.X射线TICT中能谱硬化修正模型的数值分析 [J], 彭光含;蔡新华;杨学恒2.X射线TICT在复合材料工件检测中的射束硬化拟合校正研究 [J], 彭光含;蔡新华;韩忠;周日峰;杨学恒3.连续谱X射线在ICT中的能谱硬化修正模型 [J], 彭光含;杨学恒;韩忠;蒲兴成4.X射线TICT中射束硬化拟合校正研究 [J], 彭光含;杨学恒;韩忠;周日峰;蔡新华;乔闹生5.X射线TICT在复合材料工件检测中能谱服从Gauss分布的硬化修正 [J], 彭光含因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
同步辐射X射线技术在材料科学中的应用
同步辐射X射线技术在材料科学中的应用同步辐射X射线技术是一种高级的材料研究技术，在材料科学领域中已经得到了广泛的应用。
它利用高强度的同步辐射光源，通过多种技术手段，用于分析、表征材料的微结构和物理性质。
该技术的应用已经涵盖了各个领域，例如功能材料、光电子、纳米材料、生物医学等领域。
同步辐射X射线是在加速器中产生的，在经过高度精细的设计和控制后输出。
其发生器可以产生一束高能量的电子束，在速度接近光速的情况下，电子束在弯曲磁场或静电场中不断偏转并产生强烈的辐射。
这种辐射是一种非常强的X射线，并且能够被用于一系列材料科学的应用。
在材料结构分析方面，同步辐射X射线技术具有非常高的分辨率和探测灵敏度。
例如在材料表面形貌以及晶体结构等方面可以得到非常精细的数据。
This technology can also be used to investigate atomic-level structural distortions or modifications that occur within materials under various conditions such as temperature, pressure, and in the presence of external stimuli. Such analyses are critical for studying the behavior of materials under real working conditions, and understanding the fundamental properties of materials.同步辐射X射线技术还可以用于研究内部结构变化。
通过这种技术，可以对复杂的嵌合结构的材料、生物材料以及多相材料的内部结构进行详细的分析。
例如，通过探测材料内部结构间的交互作用，可以得到精确的晶体结构和物理性质，以及相变和动态行为的信息。
同步辐射技术在材料结构表征中的应用
同步辐射技术在材料结构表征中的应用同步辐射技术是一种先进的实验手段，已经被广泛应用于材料科学领域的结构表征中。
该技术利用了高亮度的同步辐射光源，产生出高强度、高能量的光束。
通过对材料样品的辐射和散射，同步辐射技术可以提供高分辨率、高灵敏度的结构信息。
同步辐射技术可以应用于各种材料的结构表征，包括无机材料、有机材料、生物材料等。
其中，在无机材料表征方面，同步辐射X射线衍射技术是最为常见的应用方式之一。
通过该技术，可以得到材料的晶体结构、晶格参数、晶面取向等信息。
此外，同步辐射X射线吸收光谱技术也可以用于材料的化学组成分析和原子配位结构研究。
在有机材料表征方面，同步辐射技术常常应用于非晶态材料的结构研究。
由于非晶态材料没有明确的晶体结构，因此传统的X射线衍射技术往往难以对其进行结构表征。
而同步辐射技术则可以通过X射线散射、中子散射等方式对非晶态材料进行结构分析。
在生物材料表征方面，同步辐射技术也有广泛应用。
比如，同步辐射X射线小角散射技术可以用于蛋白质、DNA等生物大分子的结构研究；同步辐射红外光谱技术可以用于分析生物分子的振动谱，进而得到其分子结构信息。
总之，同步辐射技术在材料结构表征中的应用非常广泛，为材料科学研究提供了一种高效、高精度的实验手段。
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《2024年基于SR-μ-CT和原位电子辐照研究C-C复合材料》范文
《基于SR-μ-CT和原位电子辐照研究C-C复合材料》篇一基于SR-μ-CT和原位电子辐照研究C-C复合材料一、引言C/C复合材料（碳纤维增强碳基复合材料）因其出色的力学性能、热稳定性和电磁性能，在航空、航天、能源等领域得到了广泛应用。
然而，其微观结构和性能的深入研究仍需借助先进的检测技术。
本文将介绍一种基于SR-μ-CT（同步辐射微米级计算机断层扫描）和原位电子辐照的方法，用于研究C/C复合材料的高质量分析。
二、研究方法1. 实验材料本实验采用不同配比的C/C复合材料样本。
2. 同步辐射微米级计算机断层扫描（SR-μ-CT）SR-μ-CT是一种无损检测技术，具有高分辨率、高对比度等优点，可以用于观测C/C复合材料的微观结构。
通过对样本进行SR-μ-CT扫描，可以获取其三维结构信息。
3. 原位电子辐照原位电子辐照技术可以模拟材料在极端环境下的性能变化，通过观察材料在电子束辐照下的微观结构变化，可以研究其辐射稳定性。
三、实验结果与分析1. 微观结构分析通过SR-μ-CT扫描得到的C/C复合材料三维结构图像显示，碳纤维分布均匀，与碳基体结合紧密。
不同配比的C/C复合材料在微观结构上存在差异，但总体上表现出良好的纤维增强效果。
2. 原位电子辐照实验结果原位电子辐照实验表明，C/C复合材料在电子束辐照下表现出较好的辐射稳定性。
随着辐照时间的延长，碳纤维和碳基体的微观结构发生变化，但整体结构仍保持稳定。
这表明C/C复合材料具有良好的抗辐射性能。
四、讨论与结论通过SR-μ-CT和原位电子辐照实验，我们深入了解了C/C复合材料的微观结构和抗辐射性能。
结果表明，C/C复合材料具有优异的力学性能和热稳定性，以及良好的抗辐射性能。
这为其在航空、航天、能源等领域的应用提供了有力支持。
此外，SR-μ-CT和原位电子辐照技术的结合为研究其他复合材料的微观结构和性能提供了新的思路和方法。
五、展望与建议未来，我们可以进一步研究C/C复合材料的抗辐射机理，以及不同配比和制备工艺对其性能的影响。
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沿切线方向发出的 电 磁 辐 射，具 有 强 度 高、波 长 连 续、高 准 直性、光束截面积小、脉 冲 性 和 偏 振 性 等 特 点。同 步 辐 射 光 为 Ｘ 射线成像新方法的研发创造了条件。Ｘ 射线相位 衬 度 成 像技术，是利用 Ｘ 射线透过样品后携带的位相信息对样品内 部结构成像，对低 Ｚ材料 仍 有 较 好 的 衬 度。该 技 术 与 ＣＴ 理 论相结合，能获得弱 吸 收 样 品 内 部 结 构 的 二 维 或 三 维 图 像， 是 研 究 弱 吸 收 样 品 的 强 有 力 工 具［１４］。上 海 光 源 是 一 台 第 三 代中能同步辐射装置，可以同 时 提 供 高 强 度、高 稳 定 性 的 同 步辐射光。其 中 的 Ｘ 射 线 成 像 及 生 物 医 学 应 用 光 束 线 站 （ＢＬ１３Ｗ１）是上海光源首期建成 并 已 向 用 户 开 放 的 ７ 条 线 站 之一。
不易获取到保持原本信息的 切 片。显 微 ＣＴ 则 克 服 了 以 上 方 法的缺点，具有无损、三 维 成 像 等 优 点，能 客 观 真 实 地 观 察 到胶合界面的原本 特 征。近 十 年 来，显 微 ＣＴ 已 在 植 物 学 领 域 和 木 材 科 学 领 域 逐 步 有 一 些 应 用［６－９］。随 着 显 微 ＣＴ 性 能 的不断改进，特别是同步辐射 Ｘ 射线相 衬 成 像 显 微 ＣＴ 技 术 的发展，通过利用 Ｘ 射线透过样品后携带的位相信息对样品 内部结构三维成像，对 于 生 物 软 组 织、聚 合 物、纤 维 混 合 物 等弱吸收样品具有很好的衬度，是目前研 究 弱 吸 收 样 品 较 好 的工具。木质材料主要由 Ｃ，Ｈ，Ｏ 等元素组成，是典型的低 Ｚ材料，近年来，利用同步辐射 Ｘ 射 线 成 像 技 术 开 展 木 材 科 学 领 域 方 面 的 研 究 已 有 报 道 ，这 ［１０－１３］ 一 技 术 有 望 成 为 木 材 工 艺解剖学领域无损获取试件内部三维高质量图像的一重要研 究手段。本工作应用上海同 步 辐 射 光 源 Ｘ 射 线 相 衬 显 微 ＣＴ 技术，对常用的 ＥＰＩ和 ＭＵＦ 两种 胶 粘 剂 竹 材 和 木 材 之 间 的 胶合界面以及其渗透进行研究，以揭示其 胶 合 界 面 特 征 及 人 造板加工工艺条件对胶粘剂渗透性能的 影 响，为 竹 木 复 合 材 料胶合界面形貌特征检测提供技术支持以及胶合性能改善提 供理论依据。
摘 要 第三代同步辐射光源 Ｘ 射线相位衬 度 显 微 ＣＴ 能 获 得 样 品 内 部 结 构 的 边 缘 增 强 图 像 ，实 现 对 低 Ｚ 材 料成像。利用上海同步辐射光源 Ｘ 射线相衬显微成像技术，实现了竹木复合材料中 ＥＰＩ和 ＭＵＦ 胶合界面 和胶黏剂渗透特征的无损探测，并基于这些特征分析了 几 种 不 同 加 工 工 艺 对 胶 黏 剂 在 木 材 和 竹 材 中 渗 透 的 影 响 。该 技 术 为 人 造 板 工 艺 解 剖 学 研 究 提 供 了 一 种 重 要 无 损 检 测 手 段 。
Ｆｉｇ．１ Ｔｅｓｔ ａｔ Ｘ－ｒａｙ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂｅａｍｌｉｎｅ（ＢＬ１３Ｗ１）ｏｆ ＳＳＲＦ
１：ＣＣＤ；２：Ｓａｍｐｌｅ；３：Ｃｏｍｐａｃｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ； ４：６－ａｘｉｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
关 键 词 同 步 辐 射 ；相 位 衬 度 ；竹 木 复 合 材 料 ；胶 黏 剂 中 图 分 类 号 ：Ｓ７８１．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１３）０３－０８２９－０５
引 言
竹木复合材料是由竹材和木材（通常为人工林木材）组 合 而成，其兼有竹材强度高、硬度 大 以 及 人 工 林 木 材 材 质 轻 等 优点，是竹材和人工林木材高 值 化 利 用 主 要 体 现 形 式 。近 年 来，关于竹木复合材料研究较 多，但 主 要 集 中 在 竹 木 复 合 产 品开发、工艺性能等方面，而对 竹 木 复 合 材 料 基 础 研 究 关 注 相对较少［１］。由于竹木复合材料是由竹材 和 木 材 经 过 一 定 的 加工工艺复合而成，因此决定竹木复合材 料 使 用 性 能 的 物 理 力学特性，既受复合材料的本 体 性 能 影 响，也 同 时 与 竹 木 之 间 胶 合 界 面 性 能 及 胶 黏 剂 的 渗 透 密 切 相 关 。 ［２，３］
图２和 图 ３ 分 别 为 ＥＰＩ在 漂 白 竹 材／杨 木 单 板 以 及 热 处 理竹材／杨木单板表面 二 维 与 三 维 图。从 图 ２ 和 图 ３ 中 都 可 以清楚地观察到竹材和杨木以及胶合界 面 的 显 微 结 构，特 别 是胶层在材料的界面处分别向两边渗透情况及在细胞纵向的 胶渗透情况。由图２（ａ）以 及 图 ３（ａ）可 观 测 到 两 种 复 合 材 料 中 ＥＰＩ胶层有边界但 边 缘 不 平 整，其 中 漂 白 竹 条／杨 木 复 合 材料胶层厚度５５～１４５μｍ，而 热 处 理 竹 条／杨 木 复 合 材 料 则
彭冠云１，王玉荣２＊ ，任海青２，杨淑敏３，马红霞４ 谢 红 兰１，邓 彪１，杜 国 浩１，肖 体 乔１＊
１．中 国 科 学 院 上 海 应 用 物 理 研 究 所 ，上 海 ２０１２０４ ２．中 国 林 业 科 学 研 究 院 木 材 工 业 研 究 所 北 京 １０００９１ ３．国 际 竹 藤 中 心 ，北 京 １００１０２ ４．广东省林业科学研究院，广东 广州 ５１０５２０
２ 结 果 与 讨 论
竹木复合材料试样经过同步辐射 Ｘ 射线相衬成像显微 ＣＴ 扫描和数据重建，获 得 试 样 显 微 结 构 的 二 维 图 像 和 三 维 立体图像，无损获取到样品的 任 意 切 面 信 息；胶 合 界 面 以 及 胶黏剂在竹材和竹材中的渗透特征通过连续观察切面以获 得。 ２．１ ＥＰＩ在 毛 竹／杨 木 复 合 材 料 界 面 渗 透 性 能
ＢＬ１３Ｗ１为 Ｗｉｇｇｌｅｒ 光 源，光 子 能 量 可 调 范 围 在 ８～ ７２．５ｋｅＶ，能量分辨率（ΔＥ／Ｅ）为 ＜５×１０－３，最 大 束 斑 尺 寸 为 ４５ ｍｍ（Ｈ）×５ ｍｍ（Ｖ）＠３０ｍ＠２０ｋｅＶ，光 子 通 量 密 度 为 ２×１０１０ ｐｈｓ·ｓ－１·ｍｍ－２＠２０ｋｅＶ＠Ｓｉ１１１。该 线 站 采 用 同 轴 法，能实现对低 Ｚ材料 Ｘ 射线相衬成像，具有亚 微 米 级 空 间 分辨率。 １．３ 数 据 采 集 与 图 像 处 理
竹木复合材料胶合界面以及胶黏剂渗透特征观测方法有 多种，目 前 主 要 采 用 光 学 显 微 镜、荧 光 显 微 镜、电 镜、激 光 扫描共聚焦显微镜等多种显微观察手段探测胶合界面特征和 胶黏剂在竹材和木材表面的渗透情况。而 采 用 这 些 方 法 均 需 制作切片，制样过程复杂且难 以 避 免 造 成 人 为 缺 陷，较 难 得 到 胶 渗 透 分 布 的 真 实 特 征［４，５］；特 别 是 竹 材 质 地 相 对 坚 硬 ，
实验 中 显 微 ＣＴ 数 据 采 集 和 图 像 分 析 在 上 海 光 源 ＢＬ１３Ｗ１光束线站进行。竹木复合 材 料 加 工 成 最 终 试 样 规 格 是６ｍｍ（长）×６ｍｍ（宽）×１５ ｍｍ（高）。将 试 样 置 于 同 步 辐 射 Ｘ 射线相衬成像显微 ＣＴ 下 扫 描（图 １），能 量 ２４ｋｅＶ，选 空间分辨率３．７μｍ×３．７μｍ×３．７μｍ ＣＣＤ 镜头，ＣＣＤ 到样 品距离１４ｃｍ。最后获取的图像用ＩｍａｇｅＰｒｏ Ｐｌｕｓ和 ＶＧ Ｓｔｕ－ ｄｉｏ ＭＡＸ 软件进行分析。
单 位 压 力／ＭＰａ １．６０ １．６０ １．６０ １．６０ １．６０ １．６０
压板温度 室温 室温
１２０ ℃ １２０ ℃ １２０ ℃ １２０ ℃
压 板 时 间／ｍｉｎ ６０ ６０ ３ ３ ３ ３
组坯方式 竹材在下 竹材在下 竹材在下 杨木在下 竹材在下 杨木在下
１．２ 同步辐射 Ｘ 射线显微 ＣＴ 同步辐射光是速度接近光速的带电粒子在作曲线运动时
原料 杨木＋漂白竹条 杨木＋热处理竹材 杨木＋漂白竹条 漂白竹条＋杨木 杨木＋热处理竹条 热处理竹条＋杨木
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｓｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
胶 黏 剂／添 加 量／（ｇ·ｍ－２） ＥＰＩ／２５０ ＥＰＩ／２５０ ＭＵＦ／３００ ＭＵＦ／３００ ＭＵＦ／３００ ＭＵＦ／３００
８３０
光谱学与光谱分析 第３３卷
１ 实 验 部 分
１．１ 材 料 与 制 备 工 艺 毛竹（Ｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ ｐｕｂｅｓｃｅｎｓ），６ 年 生，采 自 浙 江 省 杭
州地区。竹材粗加工成竹条，分 成 两 组 分 别 进 行 漂 白 处 理 和 热处理。漂白处理即把竹材高温煮沸，并 加 入 ２８％ ～３０％ 双 氧水稀释液浸泡蒸煮１～２ｈ，室 温 环 境 中 放 至 气 干。热 处 理 工艺则将竹片置于热处理罐 中，通 入 高 压 饱 和 蒸 汽，使 温 度 达到１７０～１８０ ℃，压力为０．３ ＭＰａ，保持７０～９０ｍｉｎ。毛竹 样 品平均密度为０．６０ｇ·ｃｍ－３，平均含水率为４．０５％；杨木 （Ｐｏｐｕｌｕｓ ｓｐｐ．）为１０年生 的 中 汉 １７ 号 杨，胸 径 ２７～３１ｃｍ，
采自湖南省沅江市洞庭湖长江滩地植被 治 理 示 范 基 地，其 试 材旋切成厚度为３ ｍｍ 单 板，气 干 密 度 为 ０．３７ｇ·ｍ－２，平 均 含 水 率 为 ６．００％ 。
研究中竹木复合材是以处理竹材和 杨 木 单 板 为 原 料 ，选 竹材胶合板 中 常 用 的 双 组 分 聚 异 氰 酸 酯 乳 液 型 胶 粘 剂 ＥＰＩ （ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｓｏｃｙｎａｔｅ）和三聚氰胺改性脲醛ｅｄ ｕｒｅａ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｒｅｓｉｎ）为胶黏剂。其 中 ＥＰＩ购 自 市 场，胶 粘 剂 与 固 化 剂 配 比 １００∶１５，室 温 固 化； ＭＵＦ 取自北京太尔化工有限公司，其固体 含 量 ５８．３８％，粘 度２０５ｃｐｓ，ｐＨ ９．１４。通 过 表 １ 的 压 板 工 艺 参 数 进 行 压 板 ， 实验材料均在中国林业科学研究院木材工业研究所人造板与 木 材 检 验 实 验 室 完 成 。具 体 试 验 条 件 如 表 １。
不易获取到保持原本信息的 切 片。显 微 ＣＴ 则 克 服 了 以 上 方 法的缺点，具有无损、三 维 成 像 等 优 点，能 客 观 真 实 地 观 察 到胶合界面的原本 特 征。近 十 年 来，显 微 ＣＴ 已 在 植 物 学 领 域 和 木 材 科 学 领 域 逐 步 有 一 些 应 用［６－９］。随 着 显 微 ＣＴ 性 能 的不断改进，特别是同步辐射 Ｘ 射线相 衬 成 像 显 微 ＣＴ 技 术 的发展，通过利用 Ｘ 射线透过样品后携带的位相信息对样品 内部结构三维成像，对 于 生 物 软 组 织、聚 合 物、纤 维 混 合 物 等弱吸收样品具有很好的衬度，是目前研 究 弱 吸 收 样 品 较 好 的工具。木质材料主要由 Ｃ，Ｈ，Ｏ 等元素组成，是典型的低 Ｚ材料，近年来，利用同步辐射 Ｘ 射 线 成 像 技 术 开 展 木 材 科 学 领 域 方 面 的 研 究 已 有 报 道 ，这 ［１０－１３］ 一 技 术 有 望 成 为 木 材 工 艺解剖学领域无损获取试件内部三维高质量图像的一重要研 究手段。本工作应用上海同 步 辐 射 光 源 Ｘ 射 线 相 衬 显 微 ＣＴ 技术，对常用的 ＥＰＩ和 ＭＵＦ 两种 胶 粘 剂 竹 材 和 木 材 之 间 的 胶合界面以及其渗透进行研究，以揭示其 胶 合 界 面 特 征 及 人 造板加工工艺条件对胶粘剂渗透性能的 影 响，为 竹 木 复 合 材 料胶合界面形貌特征检测提供技术支持以及胶合性能改善提 供理论依据。
摘 要 第三代同步辐射光源 Ｘ 射线相位衬 度 显 微 ＣＴ 能 获 得 样 品 内 部 结 构 的 边 缘 增 强 图 像 ，实 现 对 低 Ｚ 材 料成像。利用上海同步辐射光源 Ｘ 射线相衬显微成像技术，实现了竹木复合材料中 ＥＰＩ和 ＭＵＦ 胶合界面 和胶黏剂渗透特征的无损探测，并基于这些特征分析了 几 种 不 同 加 工 工 艺 对 胶 黏 剂 在 木 材 和 竹 材 中 渗 透 的 影 响 。该 技 术 为 人 造 板 工 艺 解 剖 学 研 究 提 供 了 一 种 重 要 无 损 检 测 手 段 。
Ｆｉｇ．１ Ｔｅｓｔ ａｔ Ｘ－ｒａｙ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂｅａｍｌｉｎｅ（ＢＬ１３Ｗ１）ｏｆ ＳＳＲＦ
１：ＣＣＤ；２：Ｓａｍｐｌｅ；３：Ｃｏｍｐａｃｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ； ４：６－ａｘｉｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
关 键 词 同 步 辐 射 ；相 位 衬 度 ；竹 木 复 合 材 料 ；胶 黏 剂 中 图 分 类 号 ：Ｓ７８１．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１３）０３－０８２９－０５
引 言
竹木复合材料是由竹材和木材（通常为人工林木材）组 合 而成，其兼有竹材强度高、硬度 大 以 及 人 工 林 木 材 材 质 轻 等 优点，是竹材和人工林木材高 值 化 利 用 主 要 体 现 形 式 。近 年 来，关于竹木复合材料研究较 多，但 主 要 集 中 在 竹 木 复 合 产 品开发、工艺性能等方面，而对 竹 木 复 合 材 料 基 础 研 究 关 注 相对较少［１］。由于竹木复合材料是由竹材 和 木 材 经 过 一 定 的 加工工艺复合而成，因此决定竹木复合材 料 使 用 性 能 的 物 理 力学特性，既受复合材料的本 体 性 能 影 响，也 同 时 与 竹 木 之 间 胶 合 界 面 性 能 及 胶 黏 剂 的 渗 透 密 切 相 关 。 ［２，３］
图２和 图 ３ 分 别 为 ＥＰＩ在 漂 白 竹 材／杨 木 单 板 以 及 热 处 理竹材／杨木单板表面 二 维 与 三 维 图。从 图 ２ 和 图 ３ 中 都 可 以清楚地观察到竹材和杨木以及胶合界 面 的 显 微 结 构，特 别 是胶层在材料的界面处分别向两边渗透情况及在细胞纵向的 胶渗透情况。由图２（ａ）以 及 图 ３（ａ）可 观 测 到 两 种 复 合 材 料 中 ＥＰＩ胶层有边界但 边 缘 不 平 整，其 中 漂 白 竹 条／杨 木 复 合 材料胶层厚度５５～１４５μｍ，而 热 处 理 竹 条／杨 木 复 合 材 料 则
彭冠云１，王玉荣２＊ ，任海青２，杨淑敏３，马红霞４ 谢 红 兰１，邓 彪１，杜 国 浩１，肖 体 乔１＊
１．中 国 科 学 院 上 海 应 用 物 理 研 究 所 ，上 海 ２０１２０４ ２．中 国 林 业 科 学 研 究 院 木 材 工 业 研 究 所 北 京 １０００９１ ３．国 际 竹 藤 中 心 ，北 京 １００１０２ ４．广东省林业科学研究院，广东 广州 ５１０５２０
２ 结 果 与 讨 论
竹木复合材料试样经过同步辐射 Ｘ 射线相衬成像显微 ＣＴ 扫描和数据重建，获 得 试 样 显 微 结 构 的 二 维 图 像 和 三 维 立体图像，无损获取到样品的 任 意 切 面 信 息；胶 合 界 面 以 及 胶黏剂在竹材和竹材中的渗透特征通过连续观察切面以获 得。 ２．１ ＥＰＩ在 毛 竹／杨 木 复 合 材 料 界 面 渗 透 性 能
ＢＬ１３Ｗ１为 Ｗｉｇｇｌｅｒ 光 源，光 子 能 量 可 调 范 围 在 ８～ ７２．５ｋｅＶ，能量分辨率（ΔＥ／Ｅ）为 ＜５×１０－３，最 大 束 斑 尺 寸 为 ４５ ｍｍ（Ｈ）×５ ｍｍ（Ｖ）＠３０ｍ＠２０ｋｅＶ，光 子 通 量 密 度 为 ２×１０１０ ｐｈｓ·ｓ－１·ｍｍ－２＠２０ｋｅＶ＠Ｓｉ１１１。该 线 站 采 用 同 轴 法，能实现对低 Ｚ材料 Ｘ 射线相衬成像，具有亚 微 米 级 空 间 分辨率。 １．３ 数 据 采 集 与 图 像 处 理
竹木复合材料胶合界面以及胶黏剂渗透特征观测方法有 多种，目 前 主 要 采 用 光 学 显 微 镜、荧 光 显 微 镜、电 镜、激 光 扫描共聚焦显微镜等多种显微观察手段探测胶合界面特征和 胶黏剂在竹材和木材表面的渗透情况。而 采 用 这 些 方 法 均 需 制作切片，制样过程复杂且难 以 避 免 造 成 人 为 缺 陷，较 难 得 到 胶 渗 透 分 布 的 真 实 特 征［４，５］；特 别 是 竹 材 质 地 相 对 坚 硬 ，
实验 中 显 微 ＣＴ 数 据 采 集 和 图 像 分 析 在 上 海 光 源 ＢＬ１３Ｗ１光束线站进行。竹木复合 材 料 加 工 成 最 终 试 样 规 格 是６ｍｍ（长）×６ｍｍ（宽）×１５ ｍｍ（高）。将 试 样 置 于 同 步 辐 射 Ｘ 射线相衬成像显微 ＣＴ 下 扫 描（图 １），能 量 ２４ｋｅＶ，选 空间分辨率３．７μｍ×３．７μｍ×３．７μｍ ＣＣＤ 镜头，ＣＣＤ 到样 品距离１４ｃｍ。最后获取的图像用ＩｍａｇｅＰｒｏ Ｐｌｕｓ和 ＶＧ Ｓｔｕ－ ｄｉｏ ＭＡＸ 软件进行分析。
单 位 压 力／ＭＰａ １．６０ １．６０ １．６０ １．６０ １．６０ １．６０
压板温度 室温 室温
１２０ ℃ １２０ ℃ １２０ ℃ １２０ ℃
压 板 时 间／ｍｉｎ ６０ ６０ ３ ３ ３ ３
组坯方式 竹材在下 竹材在下 竹材在下 杨木在下 竹材在下 杨木在下
１．２ 同步辐射 Ｘ 射线显微 ＣＴ 同步辐射光是速度接近光速的带电粒子在作曲线运动时
原料 杨木＋漂白竹条 杨木＋热处理竹材 杨木＋漂白竹条 漂白竹条＋杨木 杨木＋热处理竹条 热处理竹条＋杨木
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｓｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
胶 黏 剂／添 加 量／（ｇ·ｍ－２） ＥＰＩ／２５０ ＥＰＩ／２５０ ＭＵＦ／３００ ＭＵＦ／３００ ＭＵＦ／３００ ＭＵＦ／３００
８３０
光谱学与光谱分析 第３３卷
１ 实 验 部 分
１．１ 材 料 与 制 备 工 艺 毛竹（Ｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ ｐｕｂｅｓｃｅｎｓ），６ 年 生，采 自 浙 江 省 杭
州地区。竹材粗加工成竹条，分 成 两 组 分 别 进 行 漂 白 处 理 和 热处理。漂白处理即把竹材高温煮沸，并 加 入 ２８％ ～３０％ 双 氧水稀释液浸泡蒸煮１～２ｈ，室 温 环 境 中 放 至 气 干。热 处 理 工艺则将竹片置于热处理罐 中，通 入 高 压 饱 和 蒸 汽，使 温 度 达到１７０～１８０ ℃，压力为０．３ ＭＰａ，保持７０～９０ｍｉｎ。毛竹 样 品平均密度为０．６０ｇ·ｃｍ－３，平均含水率为４．０５％；杨木 （Ｐｏｐｕｌｕｓ ｓｐｐ．）为１０年生 的 中 汉 １７ 号 杨，胸 径 ２７～３１ｃｍ，
采自湖南省沅江市洞庭湖长江滩地植被 治 理 示 范 基 地，其 试 材旋切成厚度为３ ｍｍ 单 板，气 干 密 度 为 ０．３７ｇ·ｍ－２，平 均 含 水 率 为 ６．００％ 。
研究中竹木复合材是以处理竹材和 杨 木 单 板 为 原 料 ，选 竹材胶合板 中 常 用 的 双 组 分 聚 异 氰 酸 酯 乳 液 型 胶 粘 剂 ＥＰＩ （ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｓｏｃｙｎａｔｅ）和三聚氰胺改性脲醛ｅｄ ｕｒｅａ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｒｅｓｉｎ）为胶黏剂。其 中 ＥＰＩ购 自 市 场，胶 粘 剂 与 固 化 剂 配 比 １００∶１５，室 温 固 化； ＭＵＦ 取自北京太尔化工有限公司，其固体 含 量 ５８．３８％，粘 度２０５ｃｐｓ，ｐＨ ９．１４。通 过 表 １ 的 压 板 工 艺 参 数 进 行 压 板 ， 实验材料均在中国林业科学研究院木材工业研究所人造板与 木 材 检 验 实 验 室 完 成 。具 体 试 验 条 件 如 表 １。