3-4.1 高 解 析 度 場 發 射 掃 瞄 式 電 子 顯 微 鏡 (High-Resolution Scanning Electron Microscope, SEM)
掃瞄式電子顯微鏡的主要構造主要分為電子槍系統、電磁透鏡組 emission)電子槍來作為 FE-SEM 的電子源，所謂的場發射即利用高電 場使電子穿隧脫離燈絲表面的方法。其產生的電子束，因能量分佈 小，易於聚焦，因此照射在試片的區域非常的小，約幾 nm，影像解 析度可大幅提高。
本研究採用Hitachi Co. S-4700I 機型。測定前需將樣品滴在小片 矽晶破片上，並加以乾燥，或直接將乾燥之樣品薄片，以碳膠固定在 試片座上，然後在真空下以離子蒸鍍機蒸鍍一層厚約~100 Å 的金屬 (Pt/Pd 或 Au/Pd)，使試片具有足夠導電度，最後將試片座送入 SEM 中，以5 kV 和 15 kV 的操作電壓進行樣品表面的微結構觀察分析。
3-4.2 紅外線光譜儀(Fuorier Transform Infrared, FT-IR)
紅外線光譜儀乃是利用分子伸縮(stretching)或彎曲(bending)振動 時所需要的能量和紅外線之能量相近的原理，所以當使用紅外線照射 樣品時，會有不同之吸收峰。而紅外線光譜儀除了可用來鑑定分子主 要官能基外，也可用來判別分子間有無交互作用力，以作定性之探討。
本研究採用 Nicolet Avatar 320 之機型。樣品製備分成固體法與液
體法。液體法是取10 毫克之樣品溶於 1 mL 溶劑中，把溶液滴至溴化 稱之為選區繞射(selected area electron diffraction, SAED)，可得到微小
Rd = λL 取至銅網上，乾燥後即可以JEOL JEM-1200CXⅡ以120 keV的電壓進 行TEM分析。
3-4.4 微分掃描熱卡計(Differential Scanning Calorimeter, DSC) 微分掃描熱卡計是測量樣品與標準品之熱流差異，並以待測樣品 變化與溫度之關係，以比熱容(Specific heat capacity)轉換曲線的中點 作為玻璃轉移溫度(Tg)。
3-4.5 熱重分析儀 (Thermal Gravimetric Analyzer, TGA) 使用的機型為Du Pont TA instrument TGA Q50。
3-4.6 X 光粉末繞射儀 (X-Ray Powder Diffractometer, XRPD) X 光繞射儀是材料研究中非常廣泛被使用的設備之一，利用以高
結構的關係。
本實驗所採用的X 光繞射裝置為粉末繞射儀，其配置方式又稱為 Bragg-brentano 配置，如圖 3-4，即入射光向量、反射光向量與試片平 面法向量在同一平面，且入射光和偵測器以相同的角度執行入射與偵 測。此種偵測方式僅對晶面平行於試片表面的結晶顆粒做布拉格繞 射，為對稱形布拉格角測量法。將粉未試片壓靶或填充於試片座，因 為粉末呈散亂分佈，所以對於不同晶面一定會有機率分佈是平行於試 片表面而產生繞射峰，繞射所得的圖譜經由JCPDS (joint committee on powder difrraction standards)所出版的 PDF 資料庫比對，則可知道該樣 品是對應到何種晶相以及晶格常數大小。
X 光繞射中，繞射峰的強度、波形會受到樣品晶粒(grain)數目和 晶粒大小影響，若藉由分析 X 光繞射峰的波形，可以估計樣品晶粒 度分佈。在理想的得體(perfect crystal) X 光繞射實驗，繞射峰應該是 呈現一delta function 分佈，但是在實際的情形下，樣品晶體往往不是 無窮大，造成繞射光消光不完全，波形會有寬化效應(peak broaden effect)，而晶粒愈小，繞射峰便愈寬。因此藉由 XRPD 圖譜中繞射峰 寬化效應則可判斷樣品晶粒大小，此種關系可以用Debye-Scherrer 方 程式：
本實驗使用MacScience Co., Japan M18XHF-SPA 來作 X 光粉末繞 射分析，操作電壓為50 kV，電流為 250 mA，靶材為 Cu(Kα = 1.54056 Å)，以每分鐘 3°的速率由 3°掃瞄至 80°。
3-4.7 小角度 X 光散射儀 (Small Angle X-Ray Scattering System, W，經過 pinhole 聚焦後，功率可以提升到 1000 W(high resolution) ~ 5000 W(high flux)。由 SAXS 實驗所測量出來的 2D 圖形，可以轉換 成散射強度(I)對散射向量(q)的關係圖，其中散射向量 q 是將真實空間 (real space)的相對關係經由傅立葉轉換(Fourier transform)而得，定義 為
其中λ 代表的是入射光波長，而 θ 代表發散角，最後根據波峰的位置，
可以求出我們所需的d 值，進一步的分析出樣品的結構。
3-4.8 螢光光譜儀 (Spectrofluorimeter)
當雷射光束或其它光源照射在材料上，可能的反應是讓材料內部 晶格震動溫度提高，另一是發射出比入射雷射光波長更長的光子。此 發 射 之 光 子 ， 由 於 是 藉 由 光 子 所 激 發 ， 所 以 又 稱 為 光 激 發 光 (photoluminescence, PL)
PL 的量測目的，是運用雷射光束或其它光源照射在待測樣品上，
使之發出螢光的一種非破壞性檢測技術，系統示意圖如圖 3-7。利用 大於能隙的入射光子能量，使得待測試片內部帶電粒子處於激發狀 態，形成電子–電洞對，之後再藉著電子–電洞對再結合，這些帶電粒 子回復到基態會產生各種能量的光子，又稱螢光，其機制如圖3-8 所 示，我們可利用偵測這些螢光，來瞭解待測物質的特性。
本實驗採用裝設450 瓦的氙氣光源及雙分光儀的 Jobin Yvon-Spex Instruments S.A.,NJ 所生產的 Spex Fluorolog-3 螢光光譜儀來量測樣 品的光致發光(PL)和光致發光激發光譜(PLE)。先將粉末狀的樣品緊 密壓平，接著將樣品以 45°入射光源激發，而被激發出的螢光則由垂 直於入射光源的Hamamatsu Photonics R928 型光電倍增管所偵測，掃 瞄波長範圍為200 到 1000 nm。
圖 3-1 可通入H2S氣體的管狀爐裝置圖
圖 3-2 TEM 的主要構造示意圖
d
d
θ 2θ
θ
O
1 2
入射波 繞射波
d : 反射原子面之間距 θ : 入射光與原子面之夾角 n : 繞射階次
λ : X光波長 θ
θ θ
圖 3-3 布拉格定律幾何示意圖
圖3-4 Bragg-brentano 粉末繞射配置
θ θ
Sample
Incident Difracted beam
圖3-5 小角度光散射儀之構造圖 1
圖3-6 小角度光散射儀之構造圖 2
圖3-7 螢光光譜儀裝置示意圖
(a) (b)
圖3-8 PL 機制示意圖。 (a)激發，入射雷射能量須大於能隙，hυ ≧ Eg。
(b)電子–電洞復合，放出光能量小於或等於能隙，hυ’ ≦ Eg。
Xenon arc lamp
white light
primary (excitation)
monochromator sample cuvette
secondary (analyzer)