厚度是評(píng)價(jià)薄膜和涂層的關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù), 厚度和均勻性影響著薄膜的性能, 所以制備膜層的研究人員需要對(duì)其準(zhǔn)確檢測(cè)。
目前常用的檢測(cè)技術(shù)是X射線技術(shù)和光譜學(xué)技術(shù), 尤其是光譜學(xué)技術(shù), 被廣泛應(yīng)用于膜層制備檢測(cè)工藝當(dāng)中。厚度檢測(cè)所使用的點(diǎn)傳感器, 通常被安裝在橫向掃描平臺(tái)上, 從而形成鋸齒形檢測(cè)模式, 由下圖可以看出, 這種檢測(cè)技術(shù)無(wú)法對(duì)薄膜進(jìn)行比較全的檢測(cè)。
而陣列式的高光譜相機(jī)(推掃式)可以克服這一限制并檢測(cè)整個(gè)膠片或涂層。每次采集一行數(shù)據(jù)信息, 再以高空間分辨率生成整個(gè)膠片寬度上的光譜數(shù)據(jù)。
為了演示該應(yīng)用中的高光譜成像, Specim 使用在 900–1700 nm 范圍內(nèi)運(yùn)行的光譜相機(jī)(Specim FX17)測(cè)量了四個(gè)聚合物薄膜樣品。樣品薄膜的標(biāo)稱厚度為 17um、20um(兩層薄膜)和 23 um。采用了鏡面幾何的方式, 排查了干擾誤差。之后根據(jù)相長(zhǎng)干涉之間的光譜位置和距離, 可以推導(dǎo)出薄膜厚度:
使用 Matlab 將光譜信息轉(zhuǎn)換為厚度熱圖。根據(jù)從FX17所獲得的光譜數(shù)據(jù), 所計(jì)算出的膜層平均厚度為 18.4um、20.05um、21.7um和23.9 um, 標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為 0.12、0.076、0.34 和 0.183。在測(cè)量薄膜時(shí), 它們都還沒(méi)有進(jìn)行拉伸處理。這可以解釋為什么測(cè)量值略高于標(biāo)稱值。
由此試驗(yàn)可知, 膜層厚度檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用高光譜成像技術(shù)將會(huì)顯著提高檢測(cè)效率。
高光譜相機(jī)每秒可采集多達(dá)數(shù)千條線圖像, 它們可以提供全天候的薄膜在線檢測(cè), 能夠很好的提供產(chǎn)品的質(zhì)量以及一致性, 并較大的減小因誤篩所導(dǎo)致的材料浪費(fèi)。
高光譜相機(jī)技術(shù)與當(dāng)前基于點(diǎn)光譜儀的 XY 掃描解決方案相比, 較大的提高了檢測(cè)速度。此外高光譜相機(jī)還消除了X射線傳感器所帶來(lái)的有害輻射風(fēng)險(xiǎn)。