主题：【原创】X射线传感器窗口透射膜机械性能测试中的正负压控制解决方案

原文由 横疏影(v2714896) 发表:
受教了，感谢。不知这几种材料的窗口膜都各有什么优缺点？

原文由 上海依阳(m3221506) 发表:
        目前常见的端窗碳膜有：铍（Be）膜、聚合物膜和氮化硅（SiN）膜，其简单介绍如下：

        （1）Be 膜具有优异的机械强度，同时低原子序数使得其对大部分波段的 X 射线具有较高的透过率，对于 1~2 keV 范围内的 X 射线，Be 膜的透过率可达 80%。同时，Be 作为金属材料，能制备出不需要额外支撑结构的透射窗口。然而，对于直径7 mm 的圆形无支撑结构，Be 膜厚度至少需要达到 8 μm，才能保证良好的气密性。厚度的增加导致能量在 1 keV 以下范围的低能 X 射线辐射的透过率快速衰减。因此，使用 Be 作为透射窗口的 EDS、XPS，在实际应用中无法检测到轻元素，例如：硼（183 eV）、碳（277 eV）、氮（392 eV）和氧（525 eV）等几种重要元素。

        （2）聚合物是低能量 X 射线传输窗口制备的常见材料。通过减小窗口薄膜厚度，可以实现在 0.1~1 keV 能量范围内，X 射线的可检测传输。然而，聚合物材料不耐低温，这会导致真空封装难度急剧增大。同时，聚合物薄膜的机械强度低，导致设计的窗口跨度必须很小，所以聚合物薄膜窗口必须使用支撑网格，且填充系数不低于80%，才能承受一个大气压的压力差。而支撑结构的存在会使传感器探测效率降低。此外，聚合物薄膜对于可见光具有非常高的透过率，所以在 EDS、 XRF 应用中，需要使用铝（Al）涂层来阻断可见光的透射，这进一步降低了 X 射线的透过率。当 Al 作为光阻挡层时，X 射线照射会产生荧光效应，还会导致传感器遭受荧光污染。

        （3）SiN 材料制备低能 X 射线透射窗能够克服聚合物材料窗的一些缺点，例如，SiN 窗在 0.1~2 keV 的能量范围内具有较高的透过率，同时具有高气密性、耐高温和高化学稳定性。但是，SiN 膜要达到应用要求的机械强度，其必须使用网格支撑结构。而对于填充系数为 77%的多晶硅支撑栅格，当膜厚为 8 μm 时，其 X射线透过率大大降低。此外，如果探测器不在完全黑暗的环境中使用，由于 SiN窗口在光谱中的高透过率特性，所以需要额外添加一层光阻挡层，而光阻挡层同样会降低X 射线的透过率，还会导致探测元件遭受荧光污染。

        （4）碳膜作为低能量范围（特别是 0.1~1 keV）的 X 射线透射窗材料，相对于Be、SiN 窗口有较高透过率优势。此外，由于碳膜具有高机械强度、单层的气密性、高化学稳定性、良导体、可以避免带电等特性，恰好可以避免聚合物材料膜带来的不足，是制备 X 射线探测端窗口的优良选择。

        为了实现对传统 Be 窗的有效替代，降低 X 射线探测器端窗的生产成本，国内外进行深入研究后，在 X 射线端窗制备领域取得了初步的研究进展。针对传统 Be膜窗口，现阶段主要有四种替代方案：聚合物薄膜、金刚石薄膜、氮化硅薄膜和石墨化碳膜。但基于聚酰亚胺薄膜、金刚石薄膜、SiN 薄膜的 X 射线透射端窗均存在不足，特别是对可见光的阻挡和 X 射线的透射很难取得平衡。相比而言，使用碳膜制备的 X 射线端窗具有先天的优势，其 X 射线低能谱高透过率、良好的气密性、良好的遮光能力等，使碳膜成为目前制备 X 射线端窗的热点研究材料。







感谢答疑！
前几年看过阿美特克的文章，说有可商用的氮化硅镀铝的窗口膜，配合专用检测器，可以测到锂的k线信号。文章中写到他们的这种窗口膜最低可以做到几十到几百纳米，这样情况下，是不是X射线的透光性会更好一些？
另外，不知道大佬有否做过实验，想达到同样的检测效果，石墨窗口、普通氮化硅窗口、传统铍窗，三款窗口膜的厚度大约是个什么样的梯度？如果石墨窗口膜比铍窗口膜更薄，岂不是更容易受损破坏

原文由 横疏影(v2714896) 发表:

原文由 上海依阳(m3221506) 发表:
实在抱歉啊，有关不同窗口膜材的性能，没做过相应的测试对比，这块不是我们的专业了。我们只擅长材料热物理性能方面的测试，以及为实现真空、压力、流量、温度和张力等测试环境和条件，提供相应的配套技术和整机产品。其他测试领域实在不懂了。