課程名稱 |
陶瓷之電子顯微鏡實驗 Laboratory of Electron Microscopy on Ceramic Materials |
開課學期 |
102-1 |
授課對象 |
工學院 材料科學與工程學研究所 |
授課教師 |
韋文誠 |
課號 |
MSE7037 |
課程識別碼 |
527 M4000 |
班次 |
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學分 |
3 |
全/半年 |
半年 |
必/選修 |
選修 |
上課時間 |
星期一5,6,7(12:20~15:10) |
上課地點 |
工綜205 |
備註 |
初選不開放。 總人數上限:8人 |
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課程簡介影片 |
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核心能力關聯 |
核心能力與課程規劃關聯圖 |
課程大綱
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為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
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課程概述 |
「材料電子顯微鏡分析」為一直接觀察固態材料之分析技術,「電子顯微鏡學」在各大學之材料系均有開授。但對材料之影像分析之實務,分析方法並無法在課堂中示範,因此,才在廿年前(1989)開始進行本實驗課程。
本實驗課程主要是訓練具有陶瓷及電子材料專長之研究生,在修過「電子顯微鏡學」之理論課程後,在本課程修過之後進一步了解穿透式及掃描式電子顯微鏡各項功能,熟悉傳統電子顯微鏡之基本操作方法,對於獲取材料微結構方法及基本分析法能夠了解,以便在未來研究工作上能夠具有獨立操作電子顯微鏡,分析材料微結構之能力。對於更困難之分析技術,像STEM、EELS、CBED、HRTEM並不在本教材之範疇,須要另外規劃更為深入之課程。
筆者將過去指導這個實驗課程的基礎內容整理,分成為下面八個章節,實習的部份則配合基礎知識:
(1)電子顯微鏡功能及操作簡介(Introduction to the functions and operation techniques of electron microscopes);
(2) EM樣品之準備技術 (Sample preparation techniques of EM samples)
(3) 電子顯微鏡基本操作及功能校正 (Calibration and basic operation of electron microscopes);
(4) 電鏡之基礎分析(Fundamental analysis of EM)
(5) 微結構特性之統計分析(Analysis of microstructural characteristics)
(6) 晶體結構的定量分析 (Quantitative analysis of Crystalline structures)
(7) 微區成分定量分析: X-光能量散布光譜儀 (Quantitative Analysis (III) Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)
(8) SEM 及 TEM 分析實例
由於顯微鏡呈像的條件與影像所包含之資訊與機體之功能及操作有相當大之關係,因此顯微鏡之機體構造、電子呈像之原理將在第一章講授,配合第一及第二個實驗,學生將會熟悉電鏡之基本對準(alignment)法。實驗教材接著將對陶瓷材料及其複合樣品之製備(第二章),電子顯微鏡之基本操作及三種基本功能,包括放大倍率、相機常數及影像旋轉,之實驗之校正(第三章),以及電子影像之基本分析(第四章)為文介紹。最後將微結構定量分析之基本原理,以及影像對比之控制技術,在 5, 6, 7章中予以詳細說明。
由於陶瓷材料電子影像之分析過去筆者教學及研究已有一些實例可供介紹,所使用之理論與金屬材料相差不多。因此,針對筆者個人研究之氧化鋁、碳化矽及一些陶瓷粉體及複合材料之實例,將在第8章介紹各種其影像特徵以及特性之量測實例,並佐以實物之微結構照片予以說明。
實驗內容共分成九個單元,其中的四個單元(Lab 7, 9)建議以兩個星期時間完成。另外陶瓷複合材料之TEM樣品準備(Lab 3B)相當困難,對於初學者可作一般性實驗方法之介紹,而實習的部份則可省略,僅需在較深入之實習課程中再實施。
課程安排為三學分,上課講授以每週兩小時為準,現場示範約為一小時,再安排學生實習三小時,每週所須時數為六小時左右。學生實習每組不宜超過兩人,每組實習均須有熟悉電子顯微鏡之助教在旁指導實習課之進行。學期最後十五至十八週,實習課程安排一專題,由修課的研究生與指導教授在其研究領域選定一種材料,以三至四週的時間,完成樣品之準備並分析之,按過去教學之經驗,最後之專題如果進行的夠深入,可以作為研究生論文之一部分。如此,確可落實選修實驗課之要求。
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課程目標 |
1. Training to be familiar with TEM operation techniques;
2. Establishing a correct attitude to use electron microscopes -accurate, patience, responsible and clean;
3. Knowing about the sample preparation techniques of ceramic materials;
4. Understanding basic microstructural analysis on different materials, which may include interfaces of composite
5. Knowing the quantitative analysis of microstructure;
6. Training to understand SEM and EDS analysis
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課程要求 |
下列事項請修課之研究生及其指導教授支持,並了解本課程並未納入學校之實驗課程,所以實驗費用要由各個指導教授的研究費用支出。
此外
1. 本課程需要之電鏡設備及樣品準備儀器由於價格昂貴,無法充分供應學生實習,僅能在上課三小時期間保有優先使用權,其他實習時段需要和現有電鏡使用者使用同一系統之登錄系統,登記使用,並由同一時段實習之兩位研究生分攤使用費。
2. 樣品準備及實驗需要的小東西很多(見次頁),有些零件或消耗品很昂貴,而且相當容易遺失。因此在第一次上課就會開出清單,請修課研究生一次購足。如果過去研究室中已有研究生修過此課,或是有學生做過類似之實驗,剩餘的資材儘量使用。有缺少的消耗品,我們將透過助教,一起採購,價錢會有優惠。
3. 在上課12/09開始,會要求研究生提出學期報告之主題,請指導教授指定題目及指定需要分析之樣品,以便在後續四週進行實驗及纂寫報告。 |
預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
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指定閱讀 |
講義,共八章 |
參考書目 |
1. Edington, "Practical EM in Material Science"
2. EM operation manual (JEOL 100CXII or JEOL 1200EX)
3. R.F. Biles "EM lab", pp. 1-110
4. 鮑忠興、劉思謙,近代電子顯微鏡實務,滄海書局, 97/4 |
評量方式 (僅供參考) |
No. |
項目 |
百分比 |
說明 |
1. |
期中實驗報告兩份 |
40% |
第一份報告為TEM校正報告
第二份為氧化鋁或鈦酸鋇陶瓷分析報告 |
2. |
alignment test |
20% |
10/14考試,每人30分鐘 |
3. |
期末報告 |
40% |
完整分析報告 |
4. |
期末報告 |
30% |
report of term paper |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
第1週 |
9/9 |
課程說明,確認修課名單 |
第2週 |
9/16 |
Introduction to min parts and accessory parts of EM
Lab 01 Alignment of TEM (I) |
第3週 |
9/23 |
EM sample preparation
Lab 02 Preparation of ceramic thin foil from bulky sample &
ion miller operation |
第4週 |
9/30 |
FIB & composite samples |
第5週 |
10/7 |
Observation of composite and powder samples |
第6週 |
10/14 |
Alignment operation test |
第7週 |
10/21 |
Imaging characterization
-Functions of imaging mode
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第8週 |
10/28 |
參加兩岸材料會議,停課一次 |
第9週 |
11/4 |
Basic EM Operation Techniques: Calibration |
第10週 |
11/11 |
Basic analysis
Quantitative analysis
*Zone DP, *Space and point groups |
第11週 |
11/18 |
Advanced EDS analysis |
第12週 |
11/25 |
Quantitative analysis *microstructure analysis
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第13週 |
12/2 |
Quantitative analysis *Defect Analysis |
第14週 |
12/9 |
Term project oral report (I) |
第15週 |
12/16 |
Term project oral report (II) |
第16週 |
12/23 |
SEM case study |
第17週 |
12/30 |
TEM case study |
第18週 |
1/6/2014 |
線上討論 |
第19週 |
1/13/2014 |
期末報告交出 |
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