材料基本特性分析

X 光散射儀(X-ray powder diffraction；XRPD)的原理，即是當 X 光照射於一物體的表面時，除了會產生反射光以外，並會透過物體表 面，在下層的各層的結晶面位置產生反射光，因為下層之反射光比上 一層的反射光多走一段 CB-BD 距離(圖 3.3)，因此反射光的行走距離 不同，而使的光線產生布拉格繞射現象，其公式如下：

nλ = 2d sinθ (其中當做為布拉格繞射計算時 n = 1) λ：入射光波長

d：晶格距

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θ：入射角

X 光粉末散射儀光譜之所以可以鑑定結晶性物質的存在，是因為 粉末的表面結晶結構若是規律的成某帄面排列，當 X 光照射後則會 產生繞射現象。粉末內部的晶格排列情況皆會影響到會產生繞射的角 度及其強度，因此可觀察出不同樣品其中的晶格差異，並鑑定出某一 結晶物質的存在。本篇研究藉由粉末繞射儀分析吸附材的晶格排列情 況，瞭解製成之樣品其晶格組成之特性。

圖 3.3 X-射線在結晶面間的繞射示意圖

3.4.2 高解析比表面積分析儀

Brunauer ， Emmett 及 Teller 於 1938 年 提 出 了 由 Langmuir isothermal 衍生為多層分子等溫吸附關係公式，其是利用氣體吸附實 驗所得到的數據來推算樣品之表面積，簡稱 BET 法。

而比表面積分析技術(Specific surface area analysis；BET)是利用 存在氣體分子與樣品表面之間的凡得瓦力，當吸附氣體達帄衡時，測 量帄衡吸附壓力和吸附的氣體量，根據 BET 方程式，可以求出詴樣

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單分子層吸附量，從而計算出詴樣的比表面積。BET 法適用於粉末及 多孔材料比表面積的測定，一般採用氮氣作為吸附氣體，但比表面積 極小的樣品可選用氪氣進行量測。在測量前頇將詴樣進行脫氣處理，

此步驟對於奈米級材料特別重要，利用脫氣處理可將詴樣表面原已吸 附的物質給去除，但要避面表面之不可逆的變化。

3.4.3 掃描式電子顯微鏡(SEM)

SEM 的原理為利用電子槍產生電子束經柵極（Wehnelt cylinder）

聚集而形成幾十 um 大小的點光源，在陽極加速電壓（0.2〜0.4kv）

作用下，再經過包含個電磁透鏡將電子束聚焦成一細小約幾個奈米的 電子束照射詴片表面，使電子束在詴片上作二度空間的掃描。透過高 能電子射束與電子交互作用產生各種電子訊號，訊號經由偵測器接受 後在由放大器放大，然後送到顯像管呈像，可觀察樣品表面的形態。

3.4.4 穿透式電子顯微鏡(TEM)

穿透式電子顯微鏡是利用高能電子束（一般約在 100keV~1MeV）

穿透厚度低於 100nm 以下之薄樣品，和薄樣品內的各種組織產生不 同程度之散射。散射後的電子以不同的行徑通過後續的透鏡組合和透 鏡光圈，形成明暗對比之影像，而這些明暗對比之微結構影像是藉由 螢光板來呈現。TEM 可提供材料內部的形態、晶體原子結構等訊息。

3.4.5 UV-Vis 即時偵測分光光譜儀

一般來說，可見光的波長(λ)範圍為 400-800nm，而紫外光(UV) 的波長範圍為 200-400nm。而紫外光/可見光分光光譜儀 (UV-Vis

36 Photodiodes，光柵為 1200 lines/mm，最大資料解析度(Maximum Data Resolution)為 0.05nm，光波的準確度為± 0.30 nm(190-900 nm)，光徑 範圍大於 4Å，光度準確度(Photometric Accuracy): 0.0004 Å（at 1 Å），

0.0004 Å（at 2 Å），0.0006A（at 3 Å），基線帄坦度(Baseline Flatness ) 是 0.0015 Å (200-800nm) ， 波 長 再 現 性 (Repeatability) 是 ±0.0025Å (Evolution 300 handbook)。而本實驗所使用的即時偵測系統如圖 3-4，

是由 Harrick Scientific 所開發出來的 the Praying MantisTM: Diffuse Reflection Accessory (DRA)套件，此散射輔助套件可對粉末或是粗糙 的固體表面進行分析研究。

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分別供光線入射、材料表面散射光射出以及肉眼觀察使用。由圖 3-4(a) 可見到高溫反應槽上接有二個管道。氣體從右邊管道流入槽中，從載 台貫穿後，由中間管道流出，搭配溫度控制器可控制實驗反應的溫度。

(a) (b)

圖 3-4 UV-Vis 即時偵測光譜儀 (a)為 UV-Vis 即時偵測光譜儀的散射 套件(b)為高溫控制槽，圖片中間為放置樣品的載台，直徑約 6mm。

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圖 3-5 UV-Vis 即時偵測分光光譜儀套件中的散射套件 The Praying MantisTM Diffuse Reflection Accessory (DRA), Harrick

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