奈米检测.DOC

臺北市南港高工 鑄造科 96年 高瞻計畫新興課程 融入機械製造講義 單元:奈米檢測 代號 T (tela) G (giga) M (million) K (kilo) 中文 兆 十億 百萬 千 放大 倍率 1012 109 106 103 代號 p(pico) n(nano) μ(micro) m (mini) c (centi) 中文 皮 奈 微 毫 厘 縮小倍率 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 一般所謂的奈米等級是指小於100nm的材料或加工 (1) 特殊的光學性質 所有的金屬在奈米狀態都呈黑色,尺寸越小, 顏色越黑。金屬奈米顆粒反射率很低, 可將太陽能轉變為熱能、電能。 奈米顆粒對光吸收度或微波吸收增加，對紫外線有遮蔽作用。 (2) 特殊的熱學性質 固體超細微化後熔點降低, 當顆粒小於10奈米時尤為顯著。超細銀粉製成的導電漿料可以進行低溫燒結，元件基片不必採用耐高溫的陶瓷材料，用塑膠即可。 奈米微粒在低溫時，其熱阻很小，熱導性極佳，可做為低溫導熱材料。 (3)特殊的磁學性質 回游生物中存在奈米的磁性顆粒，形成一個生物磁羅盤，水中細菌藉此游向營養豐富的水底或生物回歸。 由於奈米材料的小尺寸效應，使得磁粒排列從有序態轉變成無序態，超導相轉變為正常相，產生新的磁學特性。當顆粒粒徑減小時，其磁化率隨溫度降低而逐漸減少。像鐵－鈷－鎳合金的奈米微粒，可供做為記錄器使用。 (4) 特殊的力學性質 陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由奈米微顆粒壓製成的奈米陶瓷材料卻具有良好的韌性。 奈米複合材料的強度、耐磨性、韌性、耐壓性、抗老化性、緻密性與防水性等特性大為增加和改善。 奈米材料的物理效應: 1.尺寸效應 2.表面積增加效應 3.量子尺寸效應 3.量子穿隧效應 4.庫倫堵塞效應 奈米科技可廣泛用於電子、機械、物理、化學、與生物等領域, 不論於何種應用產業, 都須藉由奈米檢測做為觀測與品管的工具 由於奈米材料在各項特性上發生改變, 利用這些特性奈米材料在力學, 光學, 物理化學, 電學, 化學催化, 熱學, 感測性能, 能源環保與升技醫學方面都有相當新穎的應用實例 人眼觀測是透過光線在物體的反射而觀測, 大約解析程度在10-4m(0.1mm)左右 光學顯微鏡以可見光為介質, 受到波長較長的限制, 光學顯微鏡放大倍率最高只有約1500倍(10-7m) 電子顯微鏡為電子束為介質，由於電子束波長遠較可見光小，故電子顯微鏡解析度遠比光學顯微鏡高。掃描式顯微鏡可放大到10000倍以上。 1.影像觀察(SEM, TEM) 2.成分分析(EDS) 3.機械與物理性質量測(AFM) 4.表面輪廓量測(AFM) 5.功能性量測:電性, 磁性(SEM) 6.結構與化態(XRD,EDP) 奈米檢測目前最常用的兩大類包括: 1.電子顯微鏡(EM) 一般常用的包括掃描式電子顯微鏡(SEM)與穿透式電子顯微鏡(TEM)及歐傑電子顯微鏡(表面分析) 2.探針掃描式顯微鏡(SPM) 其中應用較多的為量測探針與材料間原子力的原子力顯微鏡(AFM)及偵測穿隧電流的掃描穿隧顯微鏡(STM) 當電子束打到試片後, 試片會產生 1.二次電子(用於SEM的SEI)傭 2.背向電子(用於SEM的BEI) 3.特性X光(用於SEM的EDS成分分析) 4.歐傑電子(縱深較淺, 用於歐傑電子顯微鏡, 表面分析) 5.穿透電子 再透過不同的接收器, 偵測試片的各種性質改變 1.以掃描的電子束打到試片後,偵測二次電子或背向電子的, 稱為掃描式電子顯微鏡SEM, 當物體面較高的, 二次電子較多, 較低處二次電子較少, 故形成黑白的影像 2以電子束打到試片後,偵測材料的特性X光的波長(WDS成分分析)或能量(EDS成分分析) 4.以電子束打到試片後,偵測穿透電子的數量形成黑白影像或偵測X光繞射(EDP) 掃瞄式電子顯微鏡可用於 1.實體影像(立體影像) (3)粒徑分析 (4)纖維影像 (5)斷面影像分析 2.組織影像 穿透式電子顯微鏡可用於 組織影像分析 2. X光繞射結構判定 3. 晶格影像與方位判定 4. EDX成分分析 能量散佈分析儀可用於 1.點成分分析 2.線掃描成分分析 3.影像掃描分析 掃描探針顯微鏡(SPM)是利用一根極微細的探針(微探針)，在極靠近試片表面處對試片掃描, 再偵測探針與試片間的物理特性(如原子力, 穿隧電流, 磁力…) 較常用的掃描探針顯微鏡如: 1.原子力顯微鏡 2.掃描穿隧顯微鏡 原子力顯微鏡(AFM) 掃瞄時固定樣品與探針間距離，當探針尖端與試片表面接觸時，由於橫桿的彈性係數與原子間的作用力相當，因此探針尖端的原子與樣品表面原子