특성 평가

특성 평가(characterization)는 재료과학에서 재료의 구조와 특성을 탐색하고 측정하는 광범위하고 일반적인 과정이다. 이는 재료과학 분야의 근본적인 과정이며, 이것 없이는 공학 재료에 대한 과학적 이해를 확립할 수 없다. 이 용어의 범위는 종종 다르다. 일부 정의는 이 용어의 사용을 재료의 미세 구조와 특성을 연구하는 기술로 제한하는 반면, 다른 정의는 기계적 테스트, 열 분석 및 밀도 계산과 같은 거시적 기술을 포함한 모든 재료 분석 과정을 지칭하는 데 이 용어를 사용한다. 재료 특성 평가에서 관찰되는 구조의 스케일은 개별 원자와 화학 결합의 이미징에서와 같은 옹스트롬 단위부터 금속의 거친 결정립 구조 이미징에서와 같은 센티미터 단위까지 다양하다.

기본 광학 현미경과 같이 많은 특성 평가 기술이 수세기 동안 사용되어 왔지만, 새로운 기술과 방법론이 지속적으로 등장하고 있다. 특히 20세기 전자현미경과 2차 이온 질량 분석법의 출현은 이 분야를 혁신하여 이전에 가능했던 것보다 훨씬 작은 규모에서 구조와 조성의 이미징 및 분석을 가능하게 했으며, 이는 다른 재료들이 왜 다른 특성과 행동을 보이는지에 대한 이해 수준을 크게 높였다.Mathys, Daniel, Zentrum für Mikroskopie, 바젤 대학교: Die Entwicklung der Elektronenmikroskopie vom Bild über die Analyse zum Nanolabor, p. 8 최근에는 원자현미경이 지난 30년 동안 특정 샘플 분석을 위한 최대 해상도를 더욱 높였다.Patent US4724318 – Atomic force microscope and method for imaging surfaces with atomic resolution – Google Patents

현미경법
섬네일|알루미늄의 광학 현미경 이미지
섬네일|STM으로 얻은 흑연 표면의 원자 수준 이미지

현미경은 재료의 표면 및 표면 아래 구조를 탐색하고 매핑하는 특성 평가 기술의 한 범주이다. 이러한 기술은 광자, 전자, 이온 또는 물리적 캔틸레버 프로브를 사용하여 다양한 길이 스케일에서 샘플의 구조에 대한 데이터를 수집할 수 있다. 현미경 기술의 몇 가지 일반적인 예는 다음과 같다.

 광학 현미경
 주사 전자 현미경 (SEM)
 투과 전자 현미경 (TEM)
 전계 이온 현미경 (FIM)
 주사 탐침 현미경 (SPM)
 원자현미경 (AFM)
 주사 터널링 현미경 (STM)
 X선 회절 지형학 (XRT)
 원자 탐침 단층 촬영 (APT)

분광학
분광학은 재료의 화학적 조성, 조성 변화, 결정 구조 및 광전 특성을 밝히기 위해 다양한 원리를 사용하는 특성 평가 기술의 한 범주이다. 분광학 기술의 몇 가지 일반적인 예는 다음과 같다.

광학 방사선
 자외선 가시광선 분광법 (UV-vis)
 푸리에 변환 적외선 분광법 (FTIR)
 열발광 (TL)
 광발광 (PL)

X선
섬네일|화성 토양의 첫 X선 회절 이미지 - CheMin 분석을 통해 장석, 휘석, 감람석 등이 발견됨 (큐리오시티 로버, "록네스트", 2012년 10월 17일).
 X선 회절 (XRD)
 소각 X선 산란 (SAXS)
 에너지 분산 X선 분광법 (EDX, EDS)
 파장 분산 X선 분광법 (WDX, WDS)
 전자 에너지 손실 분광법 (EELS)
 X선 광전자 분광학 (XPS)
 오제 전자 분광법 (AES)
 X선 광자 상관 분광법 (XPCS)

질량 분석법

질량 분석법의 방식:
 전자 이온화 (EI)
 열 이온화 질량 분석법 (TI-MS)
 MALDI-TOF
 2차 이온 질량 분석법 (SIMS)

핵 분광학

섬네일|방사성 핵을 사용하여 국소 구조를 탐색하는 PAC. 패턴에서 전기장 기울기가 얻어지며, 이는 방사성 원자 주변의 구조를 해결하여 상전이, 결함, 확산을 연구한다.|400x400px
 핵자기 공명 분광법 (NMR)
 뫼스바우어 분광학 (MBS)
 섭동 각상관법 (PAC)

기타
 광자 상관 분광법/동적 광산란 (DLS)
 테라헤르츠 분광법 (THz)
 전자 상자성/스핀 공명 (EPR, ESR)
 소각 중성자 산란 (SANS)
 러더퍼드 후방산란 분광법 (RBS)
 공간 분해 음향 분광법 (SRAS)

거시적 테스트
다음과 같은 재료의 다양한 거시적 특성을 특성 평가하는 데 엄청나게 다양한 기술이 사용된다.

인장, 압축, 비틀림, 크리프, 피로, 인성 및 경도 테스트를 포함한 기계적 시험
 시차 열 분석 (DTA)
 유전 열 분석 (DEA, DETA)
 열 중량 분석 (TGA)
 시차 주사 열량측정법 (DSC)
 충격 여기 기법 (IET)
 초음파 기술, 공명 초음파 분광법 및 시간 영역 초음파 검사 방법 포함R. Truell, C. Elbaum and C.B. Chick., Ultrasonic methods in solid state physics New York, Academic Press Inc., 1969.

섬네일|525x525px|테라헤르츠 분광법으로 얻은 집적 회로의 (a) 유효 굴절률 및 (b) 흡수 계수

 같이 보기 
 분석화학
 기기 분석
 반도체 특성 평가 기술
 웨이퍼 본드 특성 평가
 고분자 특성 평가
 지질 이중층 특성 평가
 리그닌 특성 평가
 나노입자 특성 평가
 현장 기계적 특성 평가를 위한 MEMS

 각주 

분류:재료과학