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針對過濾系統品質的管理將掃描式電子顯微鏡(SEM)作為纖維分析的方法

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過濾器和膜的生產過程中會經過好幾個質量控制步驟,以確保產品的性能達到規格要求。可使用不同種類的工具來進行纖維的分析,但只有唯一一個可以提供最好的結果。下文中將闡述如何使用掃描式電子顯微鏡來研究金屬過濾器中的缺陷。

依據不同的目的採用不同的過濾器

不論我們是否有留意到,我們每天直接或間接地使用到過濾器。舉例來說,自來水要先過濾好幾次後,再進行化學處理,最後才能成為飲用水。這是為了要先過濾掉所有的顆粒,從大顆的岩石到小沙粒。甚至在要求極端的情形下,過濾器細密到能夠攔截到細菌。

 

冷氣也採用過濾系統。它們最常被使用在吸附灰塵與小顆粒。但與活性碳結合後,可以消除臭味、淨化空氣。

 

此外,一些化學反應催化劑通常被定型成具有微孔的金屬網,以使化學物質流動。同時,使暴露的表面最大化並使流體在反應器中流動所需的壓力最小化。


不論應用的領域為何,所有的過濾系統基本上都需要清潔或更換,才能確保它們能夠在一段時間內持續的發揮功效。清潔操作與正常使用相結合,最終將確定過濾器使用壽命的結束,而需要更換過濾器。

bsd image metallic mesh   sed image metallic mesh

1:金屬網格背散射電子BSD圖像(左圖)和二次電子SED圖像 (右圖)的比較。BSD圖像中,顏色對比度突出

顯示了所分析材料的原子量差異,使污染檢測更加容易。 SED信號增強了樣品的形貌和样品的表面結構。

 

使用掃描式電子顯微鏡SEM進行更深入的檢查

研究過濾器的最簡單方法就是觀察它。在許多情況下,光學顯微鏡可以提供大量較大體型過濾器的信息,但在其他情況下,它們提供的分辨率不足以進行深入檢查。

 

因此,具備更高的放大倍率和更好的分辨率,掃描電子顯微鏡被證明是檢查任何一種過濾器的最佳分析技術。 掃描式電子顯微鏡SEM不僅能顯示出纖維之間的孔徑的大小,而且還顯示了纖維本身的表面,其粗糙度及更多的訊息。那麼究竟SEM能獲得什麼樣的數據呢?

 

一種可用於多重分析的工具

電子顯微鏡是一種成像工具,使用戶能夠對成像樣本進行高度詳細的成像檢查。但是,現代圖像處理技術已將這些設備轉變為自動化分析工具。

 

一個明顯的例子是自動化系統測量下圖中顯示的纖維的直徑。系統中,軟體可以重建纖維的方向並對其進行測量,這原本是一項需要操作員付出大量努力並需要大量時間的操作過程。

 

對於多層材料或塗層纖維,可以使用掃描式電子顯微鏡來確認每一層的尺寸正確與否,基材上的材料分佈是否均勻以及粗糙度是否在規格範圍內。

 

過濾效率和產品壽命以及耐洗程度,都可以從了解這些信息中獲得受益匪淺的改進方向。

 

超越成像:使用EDS進行化學成分分析

大多數電子顯微鏡都配備有EDS檢測器。 該檢測器收集樣品發射的電磁輻射,以識別其組成的元素的性質。

 

這種分析可用於纖維材料。例如,以確定不同的成分如何提高過濾器的使用壽命。當對收集到的顆粒進行分析時,可以獲得更多有趣的信息,從而提供其性質有關的寶貴訊息。

 

測量自動化圖像處理

在過去的幾年中,圖像處理技術得到了極大的改進,軟件現在可以執行繁瑣的操作,幫助操作人員省下許多的寶貴時間。將這些技術應用於纖維分析已經建立了一個強大的工具,不僅可以完整描述纖維的直徑和方向,而且還可以描述在纖維的直徑和方向之間形成的孔徑尺寸。

sem automatic detection fibers   sem automatic detection fibers diameter size distribution histogram

圖2.自動檢測纖維的示例(左圖),結果顯示在直徑尺寸分佈直方圖中(右圖)。

sem automatic detection pores   sem automatic detection pores area size distribution histogram

圖3. 自動檢測孔(左圖)和結果的示例顯示在面積大小分佈直方圖中(右圖)。

 

 

作者介紹

Luigi Raspolini

Luigi Raspolini是Thermo Fisher Scientific Phenom 桌上型電子顯微鏡SEM的應用工程師。Luigi一直在探索新的材料表徵,表面粗糙度測量和成分分析的方式。他熱衷於提升用戶體驗,並提供每種樣本進行成像的最佳方法。

原文網址:https://blog.phenom-world.com/fiber-analysis-method-sem

 

 

 

 

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