금속재료분석학 과제 5.

안녕하세요! 오늘은 금속재료분석학에서 다루는 과제를 살펴보겠습니다. :-)

 

 

 

벚꽃이 만개에 다다르면 항상 중간고사 시즌이 다가오죠..🌸

한 해의 첫 시험인 만큼 긴장도 많이 되실텐데요.

그래서 벚꽃을 보며 마음을 안정시키는거 같습니다. 다들 화이팅하세요 ! *^-^*

 

 

 

 

이번에는 우리가 금속재료분석학을 배우면서
가장  흔히!  또 많이!  사용하는게 현미경 인데요! 

이 현미경은 실험 보고서 고찰의 단골 주제입니다.

 

현미경의 종류는, 해상도와 분석 목적에 따라 크게 3가지로 구분 합니다.

OM, SEM, TEM 이 있습니다.

 

 

각 현미경에 대해서 자세하게 알아보겠습니다.

 

LG디스플레이

 

각 현미경의 원리를 도식화 하면 위와 같습니다.

 

 

일반적으로 현미경은 접안렌즈, 대물렌즈, 집광렌즈로 구성되어 있습니다.

이 렌즈들의 거리와 크기를 조절하여 샘플을 아주 세밀하게 관찰할 수 있습니다.

 

 

이를 '분해능'이라고 합니다.  

: 서로 떨어져 있는 두 물체를 서로 구별할 수 있는 가장 짧은 거리를 말합니다.

 

우리가 멀리있는 물체를 봤을 때 두 물체가 하나의 물체로 보였던 경험이 있을텐데요, 이와 같은 원리입니다.

분해능 수식

 

d = 분해능을 식으로 표현하면 위와 같고,   

여기서       nsin⁡θ : 렌즈의 집광능.  =  렌즈의 해상도

n : 굴절률,        θ : 렌즈로 들어가는 빛의 각도의 1/2.

λ : 빛의 파장,   d : 두 물체를 구분할 수 있는 최소 거리.

d 값이 작을수록 분해능이 좋다. 

위키백과

nsin⁡θ : 렌즈의 집광능이 높을수록 분해능이 좋다.

 

 

다른 방법은 빛의 파장이 짧을수록 분해능이 좋아질 수 있습니다.

LG 디스플레이

 

OM에서 사용하는 가시광선 보다 더 짧은 전자빔을 사용한다면 더 좋은 분해능을 얻을 수 있겠죠?

이렇게 전자현미경이 탄생합니다!  SEM, TEM

 

전자빔을 광원으로 사용한 현미경을 '전자 현미경' 이라고 합니다.

보통 OM이 50~1,000배 정도되는데

전자 현미경은 1,000,000~2,000,000배 까지 확대할 수 있습니다.

 

분해능은

OM이 100~200nm,  전자현미경이 6~0.1nm 를 가지고 있습니다.

 

 

- 전자현미경 -

전자현미경은 광원으로 전자빔을 사용하는데, 이때 어떤 전자를 검출하는 지에 따라서 

산란전자  =   SEM(주사전자현미경)과                                       

투과전자  =   TEM(투과전자현미경)으로 구분할 수 있습니다.

 

 

또한 샘플과 반응한 전자들과 X선을 검출하여 새로운 데이터를 수집할 수 있습니다. 

대표적인 예로, 샘플의 원소성분을 분석할 수 있는 EDS가 있습니다.

 

 

 

1. Optical Microscope (OM, 광학현미경)

국립한국해양대학교 OM

• 원리: 가시광선을 이용하여 샘플 표면 관찰한다.
  
  
• 특징: 샘플 준비가 간편하고 빠름, 비교적 *낮은 배율(최대 수백 배)**에서 넓은 영역을 관찰할 수 있다.
  
  
• 용도: 결정립 크기, 미세조직 전반의 형태, 부식 경계 등 확인. 초기 미세조직 관찰 및 대략적인 손상/결함 분석에 적합합니다.

 

 

 

2. Scanning Electron Microscope (SEM, 주사전자현미경)

(주) 제올

• 원리: 고에너지 전자빔을 시편 표면에 조사하여 방출되는 신호(2차 전자, 반사 전자 등)를 검출한다.
  
• 특징: 수천 배 ~ 수십만 배까지 고배율 관찰 가능.  미세 구조, 입자 분포, 파단면 등 정밀 분석 가능.  EDS(에너지 분산형 분광기) 장착 시 원소 분석도 가능하다!
  
• 용도: 파단 분석, 코팅층 분석, 부식 산물 조사, 세부 입자 형상 평가 등. 

 

 

 

3. Transmission Electron Microscope (TEM, 투과전자현미경)

KIST TEM

• 원리: 매우 얇게 제작된 시편에 고속 전자빔을 투과시켜 내부 구조를 관찰한다.
  
• 특징: 나노미터(nm) 단위의 고해상도 제공.  결정 구조, 결함(전위, 쌍정 등), 상(phase)의 구분 등 정밀 분석 가능.
  
  
• 용도: 결정 구조 분석, 나노 스케일 조직 관찰, 원자 배열 확인, 고급 재료 분석 등에 활용된다.

 

 

 

 

끝으로, 연구를 하게 되면 일반적으로 OM, SEM, TEM 순서로 샘플의 미세구조를 관찰하여 양질의 데이터를 수집합니다.

기본적이면서도 중요한 분석법이니 익혀두시면 학부연구생이나, 대학원때 유용하게 사용할 수 있습니다!