Charakterizace (věda o materiálech) - Characterization (materials science)

Viz také: instrumentální chemie
Mikrograf bronzu odhalující odlitou dendritickou strukturu
Technika charakterizace optická mikroskopie ukazující mikron měřítko dendritický mikrostruktura slitiny bronzu.

Charakterizace, pokud se používá v věda o materiálech, označuje široký a obecný proces, kterým se zkoumá a měří struktura a vlastnosti materiálu. Jedná se o základní proces v oblasti vědy o materiálech, bez něhož by nebylo možné zjistit žádné vědecké pochopení technických materiálů.[1][2] Rozsah termínu se často liší; některé definice omezují použití termínu na techniky, které studují mikroskopickou strukturu a vlastnosti materiálů,[2] zatímco jiní používají tento termín k označení jakéhokoli procesu analýzy materiálů, včetně makroskopických technik, jako jsou mechanické zkoušky, termická analýza a výpočet hustoty.[3] Rozsah struktur pozorovaných v charakterizaci materiálů se pohybuje od angstromy, například při zobrazování jednotlivých atomů a chemických vazeb, až do centimetrů, například při zobrazování hrubozrnných struktur v kovech.

I když se po celá staletí praktikuje mnoho charakterizačních technik, jako je základní optická mikroskopie, stále se objevují nové techniky a metodiky. Zejména příchod elektronový mikroskop a Hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů ve 20. století způsobil revoluci v oboru, což umožnilo zobrazování a analýzu struktur a kompozic v mnohem menším měřítku, než bylo dříve možné, což vedlo k obrovskému zvýšení úrovně porozumění tomu, proč různé materiály vykazují různé vlastnosti a chování.[4] Poslední dobou, mikroskopie atomové síly dále za posledních 30 let zvýšilo maximální možné rozlišení pro analýzu určitých vzorků.[5]

Mikroskopie

Obrázek grafitového povrchu na atomové úrovni získaný STM.
První rentgenový difrakční pohled na marťanskou půdu - analýza CheMin odhalila živce, pyroxeny, olivín a další (Curiosity rover at "Rocknest", 17. října 2012). [65]

Mikroskopie je kategorie charakterizačních technik, které zkoumají a mapují povrchovou a podpovrchovou strukturu materiálu. Tyto techniky lze použít fotony, elektrony, ionty nebo fyzické konzolové sondy pro sběr dat o struktuře vzorku v rozsahu délkových měřítek. Mezi běžné příklady mikroskopických nástrojů patří:

Spektroskopie

Tato skupina technik používá řadu principů k odhalení chemického složení, variací složení, krystalové struktury a fotoelektrických vlastností materiálů. Mezi běžné nástroje patří:

Optické záření

rentgen

Rentgenová prášková difrakce Y2Cu2Ó5 a Zdokonalení Rietveld se dvěma fázemi, představující 1% oxid yttritý nečistota (červené tickery).

Hmotnostní spektrometrie

Jaderná spektroskopie

Porušená úhlová korelace (PAC) sondování místní struktury pomocí radioaktivních jader. Ze vzoru jsou získány gradienty elektrického pole, které rozlišují strukturu kolem radioaktivního atomu, aby bylo možné studovat fázové přechody, defekty, difúzi.

jiný

Makroskopické testování

K charakterizaci různých makroskopických vlastností materiálů se používá obrovské množství technik, včetně:

a) účinné indexy lomu ab) absorpční koeficienty elektronických čipů.[8]

Viz také

Reference

  1. ^ Kumar, Sam Zhang, Lin Li, Ashok (2009). Techniky charakterizace materiálů. Boca Raton: CRC Press. ISBN  978-1420042948.
  2. ^ A b Leng, Yang (2009). Charakterizace materiálů: Úvod do mikroskopických a spektroskopických metod. Wiley. ISBN  978-0-470-82299-9.
  3. ^ Zhang, Sam (2008). Techniky charakterizace materiálů. CRC Press. ISBN  978-1420042948.
  4. ^ Mathys, Daniel, Zentrum für Mikroskopie, University of Basel: Die Entwicklung der Elektronenmikroskopie vom Bild über die Analyze zum Nanolabor, str. 8
  5. ^ Patent US4724318 - Mikroskop pro atomovou sílu a metoda pro zobrazování povrchů s atomovým rozlišením - Google Patents
  6. ^ „Co je rentgenová fotonová korelační spektroskopie (XPCS)?“. sector7.xray.aps.anl.gov. Archivovány od originál dne 22. 8. 2018. Citováno 2016-10-29.
  7. ^ R. Truell, C. Elbaum a C.B. Chick., Ultrazvukové metody ve fyzice pevných látek, New York, Academic Press Inc., 1969.
  8. ^ Ahi, Kiarash; Shahbazmohamadi, Sina; Asadizanjani, Navid (2018). „Kontrola kvality a autentizace zabalených integrovaných obvodů pomocí terahertzové spektroskopie a zobrazování v terahertzové časové oblasti se zvýšeným prostorovým rozlišením“. Optika a lasery ve strojírenství. 104: 274–284. Bibcode:2018OptLE.104..274A. doi:10.1016 / j.optlaseng.2017.07.007.