全场透射X射线显微镜（Full-field Transmission X-ray Microscopes，TXM）是光学成像显微镜在X射线波段的发展，由于Ｘ射线具有较强的穿透性，TXM能够实现厚样品的三维结构成像（图1）。世界上许多同步辐射光源建立了TXM成像线站，得益于其独特空间分辨能力，成为科学家们探索物质微观结构的“眼睛”，广泛应用于材料、生物、能源、纳米等诸多科学领域（图2）。
图1 全场透射X射线显微镜结构示意图
图2 全场透射X射线显微镜在材料、生物等领域应用
单毛细管X射线聚光镜(以下简称“聚光镜”)是TXM装置关键光学部件，其对于装置性能有着重要的影响。聚光镜面形加工精度要求极高，加工难度大，长期被国外仪器厂商所垄断，且国外厂商只出售全套TXM系统，不单独出售聚光镜。为解决此项“卡脖子”问题，孙学鹏所在团队与上海光源合作，经过几年联合攻关，实现了聚光镜的国产化。2021年，利用自主研制聚光镜，上海光源搭建了国际上首条基于弯铁光源实现20nm分辨率的TXM成像线站。
图3 单毛细管X射线聚光镜及其远场光斑
基于以上研究基础，在北京市科学技术研究院2022年创新培育项目的资助下，孙学鹏团队开展了基于聚光镜的商品化TXM设备预研。项目建立了装置关键光学部件参数设计优化数学模型，依据此模型基于实验室高功率Cu靶光源完成了商品化TXM装置样机系统整体设计，系统设计分辨率为40nm，优于当前商品化TXM设备。在大科学装置聚光镜制造的基础上，完成了用于常规X光源聚光镜的设计，经过反复的工艺探索，解决了常规X光源聚光镜的拉制成形工艺控制、参数精密检测、成品率低等技术难题，最终，制造了传输效率超过80%的聚光镜，满足TXM装置设计指标。目前项目团队已申请发明专利2项，发表SCI论文2篇。
近5年，孙学鹏博士发表SCI论文20余篇，获得授权专利10余项，参与或主持国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市优秀人才培养资助、北京市科学技术研究院改革与发展等项目10余项。孙学鹏团队一直聚焦于毛细管X光透镜制造及其应用研究，致力于毛细管X光透镜相关产品产业化，为国内外相关仪器厂商或者科研机构提供高性能国产化毛细管X射线光学器件。
（辐射技术研究所/文 孙学鹏/图）
公众号名称：北京市科学技术研究院
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