實驗室主要設備 - 國立東華大學物理學系

(2)實驗室主要設備：

實驗室名稱	面積(秤)	現有主要設備
紅外線光譜實驗室(鄭嘉良)	60	1. 不同波長可見光拉曼光譜儀不同波長可見光拉曼光譜儀本儀器利用拉曼散射來觀察無極性分子結構，入射光誘發無極性分子產生一電偶極，使其電子以特徵頻率來回振盪，其特徵頻率必定與分子震動頻率相同，代表光子的部份能量被轉換為聲子使得誘發電偶極之光子的頻率降低，其頻率位移的多寡稱為拉曼位移(Raman shift)，位移大小必定等於該分子之振動頻率(也就是聲子的頻率)，當入射之光子頻率與該分子的吸收頻率一致時便會產生共振拉曼散射，其所能獲得訊號強度會大於一般的拉曼散射，所以我們也配備不同波長的雷射源，另外本儀器也能獲得螢光光譜，利用不同波長的雷射來激發樣品來觀察不同頻段的光子對於螢光樣品的影響，例如本實驗室利用此光譜儀來量測奈米鑽石的螢光特性並與奈米鑽石生物蛋白聚合物的螢光特性比較，奠基未來奈米鑽石在生物上的追蹤與應用。 2. 傅利葉轉換光譜儀系統傅利葉轉換光譜儀系統傅利葉轉換紅外光光譜儀(FTIR)是以邁克生干涉儀為原型，同時收集所有的紅外光訊號在電腦內將鏡組的位置函數用傅利葉轉換為頻率的函數，另外紅外光頻段能觀察到分子間的震動訊號，入射一全波段之紅外光(200 cm-1~8000 cm-1)便能激發相異原子構成之分子因不同的電子親和力所產生的電偶極，使其吸收其特徵頻率之紅外光，藉此判別分子振動頻率變化，例如本實驗室利用FTIR來觀察奈米鑽石表面的羥基(-COOH)上的C=O振動與奈米鑽石粒徑大小之關係，另外本實驗室在儀器上建立一組超高真空腔體(UHV, ~10-9 torr)故能在真空中作臨場 (in-situ)測量，輔以熱退火(Annealing)、氫蝕刻(H-etching)等方法給予實驗系統一可預期之擾動或破壞，FTIR能觀察其產生的改變再進一步去研究樣品表面化學特性與吸附性質。 3. 動態光散射儀動態光散射儀此儀器利用雷射照射稀薄溶液，並在與入射光夾角90°方向接收溶液內粒子的散射光，由於微小粒子在液體中與溶劑分子互相碰撞，使得粒子在不斷碰撞中形成布朗運動，且不同尺寸的粒子做布朗運動時的移動速度以及轉變方向的速度不同，將導致散射光強度也由於粒子做布朗運動而隨時間變化，在紀錄散射光強度隨時間的變化後，電腦會自動利用自相關函數(Self Correlation Function) 與Stokes-Einstein Relation推算出粒子粒徑大小分布的統計結果。這種量測粒徑的方式，可以幫助了解當樣品在水溶液中的尺寸、以及聚集的程度，本實驗室主要將其用來量測奈米尺寸鑽石之粒徑大小與觀察其聚集之規模，另外也量測奈米鑽石與生物分子反應後之複合體大小。 4. 紫外-可見光吸收光譜儀紫外-可見光吸收光譜儀此光譜主要偵測待測物對於不同波段光吸收峰之特性。儀器中有兩個燈源：一為氫氣燈，另一為氘氣燈；分別為可見光與紫外光，因此測量波段從200 nm到800 nm。待測物的分子中某些電子因吸收特定波長之電磁波而造成能階躍遷，因此可在光譜上看到不同的吸收峰值。我們從分析測得的光譜峰值可鑑定分子的特定結構或鍵結與特定波長之關係，再將此光譜與Beer-Lambert law結合，經過公式計算(Optics Density＝ε×L×C)，可得到更多待測物的特性。 5. 近場光學、拉曼、原子立三合一顯微鏡 6. 共軛焦螢光顯微鏡共軛焦螢光顯微鏡共軛焦螢光顯微鏡是一種特別的光學影像技術。傳統上，螢光染色樣品係藉由螢光顯微鏡觀測，但由於景深之關係使得螢光顯微鏡無法僅觀測某一斷層，以致拍得之螢光影像常顯得一團模糊。共軛焦螢光顯微鏡不但可以提高影像解析度並且可以利用針孔(pinhole)過濾失焦的影像達到光學切片(Opt ical sectioning)的效果，提供重建的3-dimensional之影像。這類的技術非常適合使用在生物醫學上。共軛焦雷射掃描式螢光顯微鏡(Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM)是一種可以得到超高解析光學影像的技術。其中的關鍵技術是CLSM利用雷射光是穿過一個孔徑(Aperture) 於物鏡後聚焦於樣品上。樣品產生螢光後，再由該物鏡收集散射的螢光。由 beam splitter選擇特定波長進入儀器。再由光電倍增管(PMT)將光訊號轉換成電子訊號再由電腦運算重建出3D之影像。
熱電材料量測實驗室(郭永綱)	30	1. 微比熱儀 2. 微分掃描比熱儀 3. 熱電性質量測系統 4. 超低溫冷凍循環系統 5. 鍍膜系統 6. 超導磁鐵系統
電子自旋共振實驗室(柯學初)	45	1. 電子順磁共振儀 2. 電子原子核雙重共振儀 3. 超低溫冷凍循環系統 4. 紫外線與可見光吸收光譜儀
掃描探針式顯微鏡實驗室(馬遠榮)	60	1. 高真空探針式電性量測系統高真空探針式電性量測系統(Probe Field Emission measurement system) 一維奈米元件擁有許多優異、特殊的物理特性。應用在電子元件上，使用奈米製程的電子元件也會產生優於微米、釐米製程的特性，場發射即是其中一項。本實驗室自行設計架構『高真空探針式電性量測系統』，其特點是探針式量測法可量測局部範圍之場發射特性，便於分辨不同區樣品之電子場發射特性。也因為探針型貌特性，因此可以加強其電場強度，減少高電壓的使用。本系統可量測電壓範圍0~1100伏特，最小電流可準確至1pA，現今已可精準量測樣品的特性包括起始電壓、起始電流、起始電場、電壓電壓電流曲線、定電壓電阻曲線等。目前正在進行加裝氣體流量控制系統，可測量因氣體不同之電性變化。 2. 掃描探針顯微鏡系統掃描探針顯微鏡系統(Scanning Probe Microscope System) 本系統可進行掃描穿隧顯微術 (Scanning Tunneling Microscopy , STM)、原子力顯微術 (Atomic Force Microscopy, AFM)、電容力顯微術 (Capacitance Force Microscopy, CFM)以及磁力顯微術 (Magnetic Force Microscopy, MFM)等操作。其中，STM具有原子級的解析能力，可以用來測量樣品的表面形貌與結構，但STM所能夠分析的材料僅限於導體或半導體；AFM則是利用探針針尖和待測樣品間的凡得瓦作用力強弱，從而得知樣品表面的高低起伏與幾何形狀，且AFM能夠分析的樣品可為導體或非導體，解決了STM在材料上的限制；CF M與MFM等顯微鏡技術的發展便是奠基於AFM的發明，分別可用來檢測樣品表面之電容分布與磁化結構。本實驗室之SPM系統除了擁有原子級的解析能力外，其量測的環境亦可不必為真空，可直接在大氣中進行檢測，應用性十分廣泛。 3. 掃描式電子顯微鏡掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope) 本實驗室的掃描式電子顯微鏡型號為JEOL JSM-6500F，可以提供比光學顯微鏡更佳的解析度。本電子顯微鏡其加速電壓可達30kV，其最大解析度可達到2.5 nm，是觀察奈米結構的神兵利器。目前本實驗室用它觀察奈米級的電子元件、多層薄膜、金屬氧化物等表面形貌。除了可進行表面形貌的觀察外，本儀器亦加裝EDS偵測器測得特徵X-ray以進行元素的定性分析；背向散射電子偵測器，測得背射式電子以觀測樣品不同元素組成及分佈情形。 4. 高真空熱蒸鍍系統高真空熱蒸鍍系統(High Vacuum Thermal Evaporator System) 本系統是一種高真空蒸鍍系統，所利用的原理是金屬在真空中加熱變成氣體而蒸發，進而附著在基板上稱為物理氣相蒸鍍法(Physics Vapor Depo sition)；一般來說工作時必須在10-5torr以下的高真空中進行，利用各種不同條件(溫度、時間)來製作不同的樣品材料。本系統可設定自動蒸鍍或半自動蒸鍍，可精確控制蒸鍍時間以達到設定膜厚；裝配有鹵素燈可以烘烤腔體，最高可加熱至350OC；並附載台旋轉控制裝置(JIG ROTATION CO NTROLLER)可以控制旋轉速度，讓材料平均附著於基板上。在材料的選擇上非常多樣化，可以是粒材、線材或平板。 5. 低真空熱蒸鍍系統低真空熱蒸鍍系統(Low Vacuum Thermal Evaporator System) 本實驗室發展了一套構造簡單、極低成本的小型蒸鍍系統，我們稱之為『低真空熱蒸鍍系統』。在此方法下我們已經成功製作了鉬、鎢、矽、鉍、鉭等一維奈米氧化物。我們的奈米材料製作方法極為簡便。一般使用的情形為腔體由流量控制器控制輸入反應氣體(或惰性氣體)之流量，並使用自動壓力控制閥控制腔體壓力。再通以高電流加熱反應金屬，藉此PLD法產生奈米尺寸之生成物。抽真空等待時間不會很長，可以在短時間內製造大量樣品。而我們經由改變腔體內部的架設，可以做不同的蒸鍍實驗。我們已經掌握藉由控制壓力、溫度、成長時間等關鍵變因，產生尺度、特性不同之奈米材料。本系統可廣泛用於特殊的複合材料，從金屬到非金屬都可以使用，故本系統是目前本實驗室材料製作的主力。
理論物理實驗室(林子強)	30	1. 高效能數值運算工作站
材料計算實驗室(張俊明)	30	1. PC-CLUSTER*2
生物物理質譜實驗室(彭文平)	30	1. 基質輔助雷射脫附飛行式質譜儀基質輔助雷射脫附飛行式質譜儀(Matrix-assisted Laser Desorption Ionization Time-of-flight Mass Spectrometer ) 基質吸收雷射光後，以脫附游離方式帶出所分析的樣品，並進行氫離子的轉移使其帶電荷，並施加電場使樣品離子在真空的飛行管中飛行，由其飛行時間得到荷質比，具高靈敏度高解析度分析快速等優點。應用範圍相當廣泛，主要為生物樣品的分析，例如: 胜肽、蛋白質、細胞等。本實驗儀器研究重點在於:結合奈米鑽石萃取及酵素水解蛋白等技術，對細菌細胞的表面膜蛋白進行偵測並加以分析。 2. 離子軟著陸質譜儀離子軟著陸質譜儀(Multiple Quadrupoles Ion Soft Landing Instrument) 樣品的游離方式和MALDI相同，但是質量偵測的方式是以三段四級離子阱引導，其中第二段彎線型的設計可以避免快速的中性分子進入質量分析器造成汙染，最後一段是方線型離子阱質譜分析器，透過電壓掃描的方式，得到離子的荷質比。本實驗儀器的研究方向為: 1.研究巨大生物分子(ex: virus)的引導效率、偵測與分析。 2.離子軟著陸(ion soft landing)的表面分析及表面催化反應研究。 3. 離子阱質譜儀 4. 示差掃描量熱儀
奈米組裝與奈米分析實驗室(曾賢德)	30	1. 多功能掃描探針顯微鏡 2. 可調式單光激發與量測系統 3. 表面電漿改質系統 4. 奈米元件電性量測系統 5. 奈米材料製作室

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