九十七学年第一学期南台科技大学机械工程系实务专题制作报告.docVIP

九十七學年第一學期南台科技大學機械工程系實務專題製作報告 指導老師 參與學生四技甲 姚尚成 四技甲 周也翔 四技甲  前言 欲將生活周遭之物理現象能夠引用分析觀測，則須將觀測現象數值化表現藉此引用分析，一般量測儀器發展主要目的為了將複雜之物理或化學現象轉化能提供具有科學依據之量測數值以方便做為後續分析處理。現今科技日益進步，量測觀點從古典物理之巨觀縮至微觀觀點，從最基本之毫米一直衍生至微米之境界，目前就屬奈米世界最讓現今科學家趨之若鶩，相對之下人類所感受到的現象也越來越趨細微。但人眼無法眾觀在奈米尺度的量測上仍必須藉由光學、電子或其它微小物理量定標出基本量測規範，將數理基礎完全應用藉此發展出該功能的量測儀器，尤其在現今生物、醫療與奈米等研究領域的分析中更顯的日益重要。 若想研究現今生物檢體產生之化學反應及對待測分子進行相關動態量測等生醫領域，再者在材料科學上想量測再固體與液體或固體與氣體界面之奈米薄膜之介電常數或厚度的微量變化，則須藉助表面電漿共振特性的相關儀器，本次專題想藉由手動設計，架構出簡單具動態角度分析之各類型光學元件，在經由各類文獻收集及分析規劃出現今相關表面電漿共振特性儀器於 量測上之優缺點，藉此提升專題製作上缺點 上的改正。 貳、計畫緣由與目的(Surface Plasma Resonance)，如圖1所示，經由一組偏振片、一組光線接收器、一組稜鏡及搭配雷射光源改變相位差藉此發揮SPR所具有的快速、高靈敏、動態分析且無需對分子做任何的標記、定性及定量之特性。 現今產業界及學術界之表面電漿共振儀具有高解析度光學、電子元件等先進零件進行結合，通常造價不斐，本專題藉由上述光學元件進行光路架設，除在欲在成本上考量，之外也希望其達到之功效與外界之之表面電漿共振儀達到相同之效，以，發展出適宜量測微小物理量之儀器。 圖1本專題架構之SPR示意圖。 參、SPR原理： 表面電漿共振儀的原始英文名稱為(Surface Plasma Resonance，SPR)，如圖2所示。儀器本身經由三種架構組合構成一光路量測系統：稜鏡、金屬層以及待測物，如圖3所示。透過一線性偏振的水平偏振光經由稜鏡耦合後，入射至數十奈米之金屬層，於某個入射角度觀察發現，其入射角略大於全反射角的角度，則入射強度有急遽下降的情形發生，此時稱為表面電漿共振。 稜鏡耦合衰逝全反射配置為成稜鏡 (prism)-金屬薄膜-(空氣或水)方式，入射光藉由稜鏡耦合，以改變沿著界面傳播的波向量大小。 圖表面電漿共振儀(Surface Plasma Resonance，SPR)實體圖。 圖3 光路量測系統：稜鏡、金屬層以及待測物示意圖。 將入射強度有急遽下降的情形發生，使入射角略大於全反射角的角度，反覆利用此種反應靈敏的光學方式，可以用來測量表面物質分子間的反應變化。充份利用介電物質與金屬介面的表面電漿模態，相較之下對於金屬表面而言，除了上述內部自由電子的體積產生電漿共振之外，位於金屬表面附近的自由電子，在於電磁波作用幫助之下，也會產生類似的表面電子集體運動。 (transverse wave) 模態，以及電場或電子振盪方向平行波的傳播方向，如圖4所示： 1.橫波 (transverse wave) 模態： 2.縱波 (longitudinal wave)模態: (volume plasma oscillation)。 圖4 金屬中電磁波之電場振盪形式除了電場方向垂直波向量的橫波模態外，亦可形成電場方向平行波向量之縱波模態，此即金屬體積電漿共振模態。 肆、實驗方法及步驟:本工作包括，。各部份工作分述如下： 圖5專題儀器SPR的空氣量測結果曲線。 劇降情形即是表面電漿共振破壞全反 射強度因此為最低點，過了此點即不再破壞全反射條件。 伍、計畫成果自評中學到了許多的新知與技術所幸指導教授大力協助，方可使該計畫順利完成。、參考文獻 1.國立中央大學/2004年碩博士論文/表面電漿共振相位影像系統/蘇園登、葉則亮 、陳顯禎 2.電子期刊/電漿子電路元件設計及發展 3.電子期開/表面電漿子共振生化感測器 4.發明專利申請/可攜帶式表面電漿共振及表面強化拉曼散射感測系統 5.薄膜光學與鍍膜技術/李正中編著 七、 Al Ag Au Cu Rh Pt Cr Ni 200 92.8 25.3 22.5 35.8 52.3 27.2 44.6 37.2 220 92.6 25.1 23.9 38.8 57.0 31.2 44.3 43.2 240 91.7 25.8