特性評価（材料科学）

材料科学における特性評価は、材料の構造と特性を調査および測定する広範かつ一般的なプロセスです。これは材料科学の分野における基本的なプロセスであり、これなしでは工学材料の科学的理解は得られません。^{[ 1 ] [ 2 ]}この用語の範囲はしばしば異なります。定義によっては、この用語の使用を材料の微細構造と特性を研究する技術に限定するものもあれば、^{[ 2 ]}機械的試験、熱分析、密度計算などの巨視的技術を含むあらゆる材料分析プロセスを指すものもあります。^{[ 3 ]}材料特性評価で観察される構造のスケールは、個々の原子や化学結合のイメージングなどのオングストロームから、金属の粗粒構造のイメージングなどのセンチメートルまで多岐にわたります。

基本的な光学顕微鏡など、多くの特性評価技術は数世紀にわたって実践されてきましたが、新しい技術や方法論が絶えず出現しています。特に、 20世紀に電子顕微鏡と二次イオン質量分析法が登場したことで、この分野は革命的な変化を遂げ、以前は不可能だったはるかに小さなスケールで構造や組成を画像化および分析できるようになり、異なる材料が異なる特性や挙動を示す理由についての理解が飛躍的に向上しました。^{[ 4 ]}さらに最近では、原子間力顕微鏡が過去30年間で特​​定のサンプルの分析における最大解像度をさらに向上させています。^{[ 5 ]}

顕微鏡法は、材料の表面および表面下構造を調査・マッピングする特性評価技術の一種です。これらの技術では、光子、電子、イオン、または物理的なカンチレバープローブを使用して、さまざまな長さスケールで試料の構造に関するデータを収集できます。顕微鏡法の一般的な例としては、以下のようなものがあります。

• 光学顕微鏡
• 走査型電子顕微鏡（SEM）
• 透過型電子顕微鏡（TEM）
• 電界イオン顕微鏡（FIM）
• 走査型プローブ顕微鏡（SPM）
  • 原子間力顕微鏡（AFM）
  • 走査型トンネル顕微鏡（STM）
• X線回折トポグラフィー（XRT）
• 原子プローブトモグラフィー（APT）

分光法は、さまざまな原理を用いて物質の化学組成、組成変化、結晶構造、光電特性を明らかにする特性評価技術の一種です。分光法の一般的な例としては、以下のようなものがあります。

X線

• X線回折（XRD）
• 小角X線散乱（SAXS）
• エネルギー分散型X線分光法（EDX、EDS）
• 波長分散型X線分光法（WDX、WDS）
• 電子エネルギー損失分光法（EELS）
• X線光電子分光法（XPS）
• オージェ電子分光法（AES）
• X線光子相関分光法（XPCS）^{[ 7 ]}

核分光法

• 核磁気共鳴分光法（NMR）
• メスバウアー分光法（MBS）
• 摂動角相関（PAC）

材料のさまざまな巨視的特性を評価するために、以下のような幅広い技術が用いられています。

• 引張試験、圧縮試験、ねじり試験、クリープ試験、疲労試験、靭性試験、硬度試験を含む機械的試験
• 示差熱分析（DTA）
• 誘電率熱分析（DEA、DETA）
• 熱重量分析（TGA）
• 示差走査熱量測定（DSC）
• インパルス励起法（IET）
• 共鳴超音波分光法や時間領域超音波検査法などの超音波技術^{[ 8 ]}

• 分析化学
• 機器分析化学
• 半導体特性評価技術
• ウェーハ接合特性評価
• ポリマーの特性評価
• 脂質二重層の特性評価
• リグニンの特性評価
• ナノ粒子の特性評価
• その場での機械的特性評価のためのMEMS