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材料科学で使用される特性評価とは、材料の構造と特性を調べ、測定する広範で一般的なプロセスを指します。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を確かめることはできません。[1] [2]この用語の範囲は多くの場合異なります。定義によっては、材料の微視的構造と特性を研究する技術にこの用語の使用を限定していますが、[2]他の定義では、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ためにこの用語を使用しています。[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画像化などのオングストロームから、金属の粗粒構造の画像化などのセンチメートルまでの範囲です。
基本的な光学顕微鏡法など、多くの特性評価技術が何世紀にも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登場しています。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、以前よりもはるかに小さなスケールで構造や組成の画像化と分析が可能になり、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大幅に向上しました。[4]最近では、原子間力顕微鏡により、過去 30 年間で特定のサンプルの分析の最大解像度がさらに向上しました。[5]
顕微鏡検査
顕微鏡検査は、物質の表面と表面下の構造を調べてマッピングする特性評価技術のカテゴリです。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サンプルの構造に関するデータを収集できます。顕微鏡検査技術の一般的な例には、次のものがあります。
- 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）
- 走査プローブ顕微鏡（SPM）
- X線回折トポグラフィー（XRT）
- 原子プローブ断層撮影（APT）
分光法
分光法は、さまざまな原理を使用して物質の化学組成、組成の変化、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、次のようなものがあります。
光放射
- 紫外可視分光法（UV-vis）
- フーリエ変換赤外分光法(FTIR)
- 熱ルミネッセンス（TL）
- フォトルミネッセンス（PL）
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]
質量分析
- 質量分析のモード:
- 電子イオン化（EI）
- 熱イオン化質量分析法（TI-MS）
- MALDI-TOF
- 二次イオン質量分析法（SIMS）
核分光法
他の
- 光子相関分光法/動的光散乱(DLS)
- テラヘルツ分光法(THz)
- 電子常磁性/スピン共鳴（EPR、ESR）
- 小角中性子散乱（SANS）
- ラザフォード後方散乱分光法（RBS）
- 空間分解音響分光法 ( SRAS )
マクロ検査
材料のさまざまなマクロ特性を特徴付けるために、次のようなさまざまな技術が使用されます。
- 引張、圧縮、ねじり、クリープ、疲労、靭性、硬度試験を含む機械試験
- 示差熱分析（DTA）
- 誘電熱分析（DEA、DETA）
- 熱重量分析（TGA）
- 示差走査熱量測定法（DSC）
- インパルス励起技術（IET）
- 共鳴超音波分光法や時間領域超音波検査法を含む超音波技術[8]
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参照
参考文献
- ^ クマール、サム・チャン、リン・リー、アショク（2009）。材料特性評価技術。ボカラトン：CRCプレス。ISBN 978-1420042948。
{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ ab Leng, Yang (2009).材料特性評価：顕微鏡法と分光法入門. Wiley. ISBN 978-0-470-82299-9。
- ^ 張、サム（2008）。材料特性評価技術。CRCプレス。ISBN 978-1420042948。
- ^ Mathys、Daniel、Zentrum für Mikroskopie、バーゼル大学: Die Entwicklung der Elektronenmikroskopie vom Bild über die Analyze zum Nanolabor、p. 8
- ^ 特許 US4724318 – 原子間力顕微鏡および原子分解能で表面を画像化する方法 – Google Patents
- ^ ブラウン、ドウェイン（2012年10月30日）。「NASAローバー初の土壌調査が火星の鉱物の指紋特定に役立つ」NASA 。 2012年10月31日閲覧。
- ^ 「X線光子相関分光法（XPCS）とは？」sector7.xray.aps.anl.gov。2018年8月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年10月29日閲覧。
- ^ R. Truell、C. Elbaum、CB Chick、Ultrasonic methods in solid state physics New York、Academic Press Inc.、1969年。
- ^ Ahi, Kiarash; Shahbazmohamadi, Sina; Asadizanjani, Navid (2018). 「空間分解能を高めたテラヘルツ時間領域分光法とイメージングによるパッケージ集積回路の品質管理と認証」。光学とレーザー工学。104 : 274–284。Bibcode :2018OptLE.104..274A。doi : 10.1016/ j.optlaseng.2017.07.007。