材料特性評価技術

材料特性評価とは？

材料の特性評価を行うことで、研究者は材料の構造、この構造と巨視的特性との関係、技術的応用における挙動を決定することができる。

材料特性評価」の定義は様々です。バルク熱分析や密度試験など、あらゆる材料分析プロセスを指す言葉として使用する人もいますが、このブログ記事では、材料の微視的特性の研究に使用される材料特性評価技術に焦点を当てます。

これらの材料特性評価技術のほとんどは、顕微鏡法と分光法のいずれかに分類される。

顕微鏡技術

顕微鏡を使った材料や表面の研究は、材料の特性評価や科学研究全般の最も基本的な手法のひとつである。顕微鏡は、材料や表面の拡大画像を生成するために、さまざまな異なる方法を使用します。

光学顕微鏡

高校の理科教室から最先端の研究室まで、あらゆる場所で使用されている光学顕微鏡は、世界で最も認知度の高い科学機器のひとつです。光学顕微鏡は、レンズと鏡を使い、可視光を使って拡大した画像を作り出します。非常に幅広い用途に使用できる一方で、光子の波長とエネルギーの関係から、光学顕微鏡の最大倍率は約1,000倍に制限されています。

Many variations on optical microscopy exist, including several that make use of fluorescence to improve imaging power (e.g., 蛍光, 共焦点 そして 二光子 顕微鏡検査）。

電子顕微鏡

電子顕微鏡検査にはいくつかの種類があるが、特に以下のようなものがある。 走査型電子顕微鏡 (SEM), 透過型電子顕微鏡（TEM）、 そして 走査型トンネル顕微鏡 (STM).電子顕微鏡は、光のビームではなく電子のビームを使って物質の特性評価を行う。電子顕微鏡は世界で最も強力な顕微鏡であり、最大50,000,000倍の倍率で観察することができる。

その他の顕微鏡技術

材料の特性評価には、他にもいくつかのタイプの顕微鏡が使用できる：

• 原子間力顕微鏡 (AFM)
• X線顕微鏡
• 紫外線（UV）顕微鏡

分光技術

分光学的な手法は数多く、多岐にわたるが、いずれも異なる周波数の電磁放射に対する材料の応答を測定するものである。使用する技術によって、材料の特性評価は、試料による入射エネルギーの吸収、放出、インピーダンス、反射に基づいて行われます。

分光学は非常に幅広い分野で、膨大な数の技術が存在する。最もポピュラーなものは以下の通りである。 X線分光法、紫外・可視分光法、 赤外分光法, ラマン分光法、 そして 核磁気共鳴分光法（NMR）。

その他の材料特性評価技術

材料の特性評価に使用される多くの技術は、顕微鏡や分光学の範疇を逸脱している。よく知られている例としては、以下のようなものがある：

• などの回折技術 X線回折 は通常、結晶構造を決定するために使用される。
• ナノインデンテーションこれにより、ナノインデンターと呼ばれる非常に小さく精密な機械的プローブに対する材料のナノスケールでの反応に基づいて、材料の特性評価を行うことができる。
• 電気および磁気技術 インピーダンス分光法。

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