實驗架構

Brownian motion 量測實驗中，首先將製作好之試片水平放置於溫度控制平台 上，透過金相顯微鏡搭配影像擷取系統將影像傳送至電腦並紀錄。所使用之實驗 架構如圖 2.1 所示，可分為試片、溫度控制平台與影像擷取系統三個部分，茲分 述如下：

試片

本研究所使用的試片，製作程序如圖 2.2 所示，尺寸如圖 2.3 所示，試片之 詳細製作步驟如下：

A. 玻片清洗

首先將蓋玻片與載玻片放入裝有酒精的容器內，以超音波清洗機 (ultrasonic cleaner, DC80H, Delta New Instrument) 清洗 5 分鐘後吹乾。

B. 膠帶黏貼

黏貼防腐蝕膠帶 (corrosion protection tape, Scotchrap 50, 3M) 至載玻片的中央 區域，過程中輕輕擠壓膠帶，避免膠帶與載玻片之間產生氣泡。

C. 切割出微腔體 (microchamber)

使用美工刀在膠帶中央刻畫一尺寸為 10 mm×10 mm 的方型區域，製作出一 微腔體，並在邊緣刻出一寬度約 2 mm 之開口，最後將欲移除區域的膠帶撕起。

D. 黏貼蓋玻片

使用透明指甲油 (nail polish, Star Wing industry) 均勻塗抹至膠帶表面後，將 蓋玻片覆蓋其上，靜置於室溫下 4 小時，待乾燥後即完成試片的製作。

溫度控制平台

在本研究中，我們使用一溫度控制裝置來調控微腔體中的流體溫度。溫度控 制平台主要由熱電晶片、溫度擷取系統以及電源供應器組成，詳細配置如圖 2.4 所示，詳細製作步驟如下：

A. 熱電晶片安裝

首先製作一厚度為 3 mm 之壓克力外殼，用於減少外在流場干擾，加速微腔 體內溫度之穩定。將熱電晶片 (Thermoelectric Cooling Modules, TES1-12703, 勝特力) 放置至壓克力外殼中後，使用黏土 (clay, PB-7202, 上海擁立膠粘) 固定位置，其中兩熱電晶片間的間距為 4 mm，使觀察時之光源得以穿過試 片，避免熱電晶片表面反射光源影響擷取之粒子影像。將兩熱電晶片之電源 線連接至電源供應器 (Switching DC Power Supply , GPC-3060D, GW Instek)，

透過調整電源供應器輸出至熱電晶片之電壓，即可控制熱電晶片之熱面溫 度。

B. 銅片製作

裁切一尺寸為 60 mm×30 mm×1 mm 之銅片，在銅片中央以電鑽鑽出兩個直 徑為 4 mm，圓心距離為 8 mm 之圓孔，接著使用線鋸去除兩圓孔間的材料，

製作出一孔洞，使用銼刀與砂紙將銅片剩餘的毛邊去除，並將銅片清洗乾 淨。

C. 銅片安裝

使用酒精清洗熱電晶片表面，將導熱膏 (thermal compound, MX-4, ARCTIC)

均勻塗抹至熱電晶片上，蓋上銅片並稍微向下擠壓，使銅片完全貼合熱電晶 片之表面，去除銅片邊緣擠壓出之多餘導熱膏。

D. 熱電偶黏貼

將兩組 K 型熱電偶 (thermocouple wire, TT-K-30-D-100, OMEGA) 之熱端使 用黏土 (clay, PB-7202, 上海擁立膠粘) 黏貼固定在兩熱電晶片邊緣之表面，

並連接至資料擷取卡 (data acquisition card, NI 9213, National Instrument)，透 過資料擷取卡將熱電偶之電壓訊號傳至電腦中，並搭配 LabVIEW 軟體[46]

將量測到之電壓訊號轉換為溫度資料，使用溫度校正器 (temperature

calibrator, Fluke 724, Fluke) 進行校正後，以圖形介面顯示並紀錄熱電晶片表 面之溫度。

影像擷取系統

粒子觀察使用金相顯微鏡 (metallurgical microscopes, BX51M, Olympus) 搭配 兩個放大倍率分別為 5 與 10 倍之物鏡 (objective lens , MPLN 5/10x, Olympus)，其 中 5 倍物鏡只在討論放大倍率之影響時使用，其餘之實驗皆使用 10 倍之物鏡。

使用鹵素光源箱 (light source, LA-150UE, HAYASHI) 外接光纖導管 (light guides, MSG3-1100S-SD, Moritex)作為光源，入射光與試片之夾角約 40°，由試片的斜上 方往試片打光。

影像之拍攝使用高速攝影機 (high speed camera, MotionPro NX7-S1, Integrated Design Tool)之每一個像素點大小為 7.24 × 7.24 m²，搭配相機控制軟體

(MotionPro X Studio 2.02.01, IDT vision)將影像擷取後傳送至電腦儲存。

物鏡的相關景深 (depth of correlation, DOC) 如式 (2.1) [47]所示。

其中為門檻值 (the threshold value)，我們依照文獻中之設定為 0.01。 f ^# 為焦比 (f-number)，引用 Bourdon 等人[48]之定義 f ^# n 2NA。n 為蓋玻片及物 鏡鏡片間介質之折射率，NA 為物鏡之數值孔徑(numerical aperture)， λ 為光源之 波長，M 為放大倍率，dp為質點直徑。本實驗中使用之 10 倍物鏡 (objective lens , MPLN 10x, Olympus ) 其 NA 值為 0.25，蓋玻片及物鏡鏡片間介質為空氣 (n = 1.00)，實驗光源為鹵素燈光源，波長以 620 nm 計算，粒子之直徑為 150 nm，則由式 (2.1) 可知物鏡之相關景深約為 39.97 μm。