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過濾性產品的纖維自動化分析

不管是空氣過濾器、濾水系統直至防護衣及口罩,研究人員需要在將產品公開發表前檢測過過濾產品的效能。透過分析由纖維所組成的過濾產品,研究人員可以提升各種類型過濾系統的性能。

過去品質控管人員透過光學顯微鏡(Optical Microscopy)及原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy)來分析纖維結構。然而光學顯微鏡(OM)所提供的解析度較低,而且需要研究人員手動量測圖面;而原子力顯微鏡(AFM)所需要的量測時間可能過長,甚至需要使用專業的儀器進行。

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圖一、與光學顯微鏡相比,Phenom的桌上型 SEM 提供較優良的景深與解析度。

 

相較之下, Thermo Scientific Phenom Desktop Scanning Electron Microscope (SEM) 實現在奈米等級下進行纖維性能的研究,提供空間解析度以及景深給品質控管人員以快速地評估過濾產品的效果。搭配纖維分析系統的使用,可自動量測圖片中的每個纖維並快速獲得精確計算結果。

       

        使用Phenom的桌上型SEM,製造商可將纖維的結構分析擴大到更廣泛的客戶類型,並明顯加快分析的速度。例如使用Phenom 蒐集及數據分析100張SEM的圖片,每張圖片進行100次量測只需要10分鐘的時間,相較光學顯微鏡則可能需要花費數小時完成。

 

        使用者可以在高解析度的狀態下觀察到纖維的直徑、方向性以及纖維與纖維間相互的連結,同時間確認產品的效能並迅速地進行調整,例如較小的纖維孔徑可以確保過濾產品捕捉到所要求的微粒,大尺寸的纖維孔徑則可以改善如口罩及防護衣等過濾產品的透氣性能。

圖二、Phenom Desktop SEM 可自動蒐集圖面產生出高解析度的圖面,可以更快及更有效率的分析過濾性樣品所有區域。同時與FiberMetric的分析軟體一起使用時,可以自動量測圖面中的所有纖維,並快速獲得精確計算結果。

 

Phenom Desktop SEM與傳統式的落地型SEM相比,除了使用方便外,價錢以及維修保養上也相對便宜。比起目前市面上的桌上型SEM更多出了以下優點:

  • 更清晰、快速地產生纖維影像:大部分Phenom的桌上型SEM都配置Cerium hexaboride (CeB6)燈絲,即使纖維的成像在低真空模式下操作,也能提供高強度的樣品訊號。CeB6的燈絲亮度比鎢燈絲高出約10倍,所得到的纖維影像更加銳利與清晰。

 

  • 長效、便於使用的電子源:新的CeB6燈絲預期的生命週期最少有1,500小時,相較之下鎢燈絲壽命只有50-150小時。不同於鎢絲的燈絲源可能會突然毀損並且汙染電子槍,而CeB6燈絲源會隨著時間慢慢衰退,使用者可以預估更換時間並在兩次的操作期間進行更換。CeB6燈絲源只需要極小的調整就能輕鬆獲得過濾性樣品的成像。

 

  • 纖維邊緣的陰影最小化:所有Phenom的型號在樣品上方皆裝有背向散射電子檢測器(BSD),可以將纖維邊緣成像的陰影最小化。在SEM的成像中,輪廓分明的纖維邊緣,是測量纖維直徑的關鍵,尤其使用自動成像分析的程式運作時。

 

  • 快速載入樣品:Phenom囊括高效率及獨特的樣品載入概念,可以快速的載入及退出樣品載台,這種載入技術可以在纖維製程中做出更有效的結構分析及得到迅速的回饋。

 

  • 專門為纖維分析的自動化軟體:Phenom桌上型SEM與 FiberMetric的整合,FiberMetric為一個專門為了量化纖維的直徑、方向性和多孔性影像所設計的程式。為了容納更快速的工作流程,FiberMetric自動掃描每個SEM影像,在幾秒內產生大量的運算,最終提供精準的纖維量測數據。這套軟體可以迅速分析樣品在載台上所有區域或是隨機點選區域的纖維圖像,並提供效果顯著的統計資料。

Phenom桌上式SEM能自動化與即時化量測纖維的性能,並降低繁忙的工業實驗室收集數據的時間。即使未受過太多顯微鏡教育訓練的人員也可以提供協助分析,透過即時及準確分析的儀器,優化製造商過濾產品的性能。

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原文網址: https://www.thermofisher.com/blog/materials/automated-fiber-analysis-of-filtration-products/

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