第三章 實驗方法
3.4 實驗儀器與操作方法
3.4.1 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy，AFM) 機台型號︰NT-MDT P47
以原子力顯微鏡(AFM，Figure 3.7)進行共軛導電高分子 PFO 薄膜經過冷卻結 晶手法搭配不同的時間效應與溫度效應之熱處理後的表面形貌與黏彈性質。以 Height 圖之 2D 與 3D 型態顯示薄膜之表面起伏，以振幅 Mag*sin(t)與相角差 Phase angle 進行判斷薄膜表面的黏彈性質。
Figure 3.7 本實驗所使用的 AFM (NT-MDT P47)儀器照片 操作過程
首先使用半接觸模式(Tapping mode)以 15 N/m 力量常數進行掃描，所選用之 探針品牌為NanoWorld，探針反應頻率為 130 kHz 與 320 kHz。探針針尖的半徑 小於7 nm，掃描影像速率視實驗狀況而定，通常為 1 kHz。首先將空白的試片基
板進行表面形貌掃描，確定之後所掃描之形貌不是基材效應所影響。接著分別將 去除熱歷史之滴鍍成膜與旋轉塗佈之試片先行進行掃描。
第二階段將不同溫度效應與時間效應之滴鍍成膜與旋轉塗佈試片進行表面 形貌掃描，試片條件如下︰退火溫度為140oC、145oC、150oC，退火時間為 1hr、
11hr、26hr。以微奈米尺寸大小對 PFO 薄膜進行掃描，觀察其立體微觀結構。掃 描區域之示意圖如Figure 3.8，其中顏色越重的部份為膜厚最厚的區塊也是滴鍍成 膜最後乾燥的地方。由於實驗上之需求，所選擇之區域將以膜厚起伏較少、濃度 較平均的區塊為主並且於不同區塊選取數個位置掃描。
Figure 3.8 掃描區域示意圖，以黑色箭頭標示的為主要掃描區域
3.4.2 熱示差掃描卡量計(Differential Scanning Calorimeter，DSC) 機台型號︰Perkin Elmer DSC7
使用定期進行溫度、重量校正之熱示差掃描卡量計分析儀(DSC，Figure 3.9) 搭配外加冷卻機(Intracooler 2，Figure 3.10)進行升溫去除熱歷史、持溫退火養晶、
分鐘進行去除熱歷史，然後以-100oC/min 之速率進行淬火至-20oC 持溫 3 分鐘(實 驗升溫與降溫過程皆以 10oC/min 與-100oC/min 之速率)。利用重複熱處理方式去 除熱歷史後經由淬火至養晶溫度135oC、140oC、145oC、150oC 退火持溫 1hr、11hr、
26hr，其中每進行一次退火養晶結束之後皆以 10oC/min 之升溫速率進行去除熱歷 史。DSC 實驗過程所使用之試片皆是同一片重量為 0.3mg 之固體鋁盤試片進行，
試片放置之位置固定不變以確保實驗數據之影響。實驗結束之後，將固體鋁盤試 片置入夾鏈袋中通入些許氮氣避免試片氧化，接著放入樣品瓶避免試片經過擠壓 變形，存放於不見光之防潮箱中避免試片經由光線裂解與受潮。
Figure 3.9 本實驗所使用的 DSC (Perkin-Elmer DSC7)儀器照片
Figure 3.10 本實驗所使用之冷卻機 Intracooler 2 儀器照片
3.4.3 光致發光光譜儀(Photoluminescence，PL)
本實驗以經過光譜校正之Hitachi F-7000 光致發光光譜儀(如圖 3.11)以溫度 效應與時間效應為基礎進行 PFO 高分子薄膜光致發光實驗。光激發波長固定以 380 nm 波長進行實驗，可藉此擷取於 140oC、145oC、150oC 之溫度效應與退火持 溫1 小時、11 小時、26 小時之時間效應下 PFO 高分子薄膜的發光性質進而推論 其結晶行為。
首先將PFO 甲苯溶液以 500 rpm 轉速旋轉塗佈於石英基板上，接著將試片重 複進行去除熱歷史處理、淬火、持溫退火養晶。將以140oC、145oC、150oC 皆分 別持溫 1 小時、11 小時、26 小時進行量測。接著使用標準石英校正片對光致激 發光譜儀(PL)進行光譜校正，接著以從波長 200 nm 至 800 nm 以 1200 nm/Min 速 380 nm，掃描模式與圖譜呈現
Figure 3.11 光致激發光譜儀之照片
3.4.4 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)
穿透式電子顯微鏡(如 Figure 3.12)之試片製備方式有許多種，在此將介紹較 多人使用的兩種方法，其中之一是將經過原子力顯微鏡掃描過後的試片，以氫氟 酸(HF)蝕刻其玻璃基板後，以銅網進行撈膜後使其蔭乾大約三十分鐘，接著以去 離子水輕輕的清洗銅網以確保無氫氟酸之殘留然後再蔭乾約三十分鐘。為了使其 表面形貌有明顯的立體感我們將試片傾斜約三十度接著以石墨碳棒進行鍍碳。穿 透式電子顯微鏡所選擇之試片則各以於 140oC、145oC、150oC 持溫 26 小時退火 養晶進行。
另外一種方法是以適當濃度之PFO 甲苯溶液以毛細管吸取少許，接著以 TEM 鑷子將鍍碳銅網固定，直接滴在鍍碳銅網上使其成膜。若溶液濃度較高、較為濃 稠也可以直接使用一般銅網進行成膜。接著將鍍上PFO 薄膜之 TEM 試片放置在 DSC 鋁盤中，利用加熱台與熱示差掃描卡計精準的控溫能力進行去除熱歷史、淬 火與退火養晶的動作。
Figure 4.12 穿透式電子顯微鏡之照片
3.4.5 小角度散射(Small-Angle X-ray Scattering，SAXS)
由於小角度散射所用之試片要求平整度，因此改以矽基板作為基材並且以旋 轉塗佈和滴鍍成膜進行試片製備，試片條件則以 140oC、145oC、150oC 持溫 26 小時進行退火養晶。由於小角度散射的X-ray 掃描範圍較廣以及考慮到試片平整 度，因此必須使用尺寸大小至少2 cm2的矽晶圓基板進行持溫退火養晶實驗。其 試片製備分別以旋轉塗佈(Spin-coating)與滴鍍成膜(Drop-casting)進行，其中旋轉 塗佈試片以0.2 w/v%的 PFO 甲苯溶液經由 1000 rpm 旋轉製備而成；而滴鍍成膜 之試片則是以0.005 w/v%吸取 0.05 ml 滴鍍成膜。小角度散射為國家同步輻射中 心之儀器，如Figure 3.13。
Figure 3.13 小角度散射機台 (來源：國家同步輻射中心網頁 http://www.nsrrc.org.tw/www/eng/endstation/17b3/saxs/)