Advanced Materials Characterization

เทคนิคขั้นสูงในการบ่งลักษณะเฉพาะของวัสดุ

4(3-3-9)

วิชาบังคับก่อน : ไม่มี

การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับเทคนิคและวิธีการต่าง ๆ ที่ใช้ในการบ่งลักษณะเฉพาะของวัสดุในระดับจุลภาคและอะตอม โดยเน้นพื้นฐานทางทฤษฎีและการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ ทดลองและวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อทำความเข้าใจคุณสมบัติและพฤติกรรมของวัสดุใหม่และวัสดุขั้นสูง หลักการของเทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูง เช่น การส่องกราดด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Scanning Electron Microscopy: SEM) การส่งผ่านด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Transmission Electron Microscopy: TEM) กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Atomic Force Microscopy: AFM) และการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray Diffraction: XRD) การวิเคราะห์ในกระบวนการพัฒนาวัสดุนวัตกรรมสำหรับการใช้งานในเทคโนโลยีนาโน อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุชีวภาพ และอื่นๆ การวิเคราะห์และการตีความข้อมูล กรณีศึกษาที่แสดงถึงความสำคัญของการวิเคราะห์ขั้นสูงในงานวิจัยและการพัฒนาวัสดุในโลกแห่งความเป็นจริง

ผลสัมฤทธิ์การเรียนรู้

  1. การแนะนำการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของวัสดุ: ภาพรวมของความสำคัญของการวิเคราะห์วัสดุ ประเภทของวัสดุ เช่น วัสดุโลหะ เซรามิก พอลิเมอร์ และวัสดุผสมรวมถึงการประยุกต์ใช้ (6 ชม.)
  2. เทคนิคกล้องจุลทรรศน์: การส่องกราดด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM), การส่งผ่านด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (TEM), กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) (12 ชม.)
  3. เทคนิคการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์: พื้นฐานของการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD), การระบุเฟสและโครงสร้างผลึก, การวิเคราะห์เรืองรังสีเอกซ์ (XRF), สเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์โฟโตอิเล็กตรอน (XPS), การดูดกลืนรังสีเอกซ์ (XAS) และแสงซินโครตรอน (12 ชม.)
  4. วิธีการสเปกโทรสโกปี: สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบแปลงฟูเรียร์ (FTIR), รามานสเปกโทรสโกปี, สเปกโทรสโกปีแสงอัลตราไวโอเลต-วิสิเบิล (UV-Vis) (12 ชม.)
  5. การวิเคราะห์เชิงความร้อน: วิธีการวิเคราะห์ความร้อน (เช่น การวิเคราะห์ความร้อนแบบสแกนดิฟเฟอเรนเชียล (DSC) และการวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริก (TGA)) (12 ชม.)
  6. กรณีศึกษาและการประยุกต์ใช้: ค้นคว้าอิสระกรณีศึกษาในด้านการวิเคราะห์วัสดุที่ใช้งานจริงหรือประยุกต์การวิเคราะห์กับวัสดุในงานวิจัย วิทยานิพนธ์, การวิเคราะห์ผลลัพธ์ การอภิปรายและข้อสรุปเพื่อสำรวจการทดลองถัดไป (18 ชม.)

ผลสัมฤทธิ์การเรียนรู้

  1. อธิบายเทคนิคการวิเคราะห์และแสดงความรู้เชิงลึกเกี่ยวกับเทคนิคการวิเคราะห์วัสดุขั้นสูง รวมถึงการใช้กล้องจุลทรรศน์ สเปกโทรสโกปี และเทคนิคการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์
  2. เลือกและใช้วิธีการวิเคราะห์ที่เหมาะสมเพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของวัสดุต่างๆ ในการประยุกต์ใช้ที่หลากหลาย
  3. วิเคราะห์และตีความข้อมูลที่ซับซ้อนจากวิธีการวิเคราะห์ต่างๆ โดยใช้เครื่องมือสถิติและการคำนวณเพื่อสรุปผลอย่างมีนัยสำคัญ
  4. ออกแบบและดำเนินการทดลองอย่างเหมาะสม พัฒนาสมมติฐานและวิธีการที่ตอบโจทย์คำถามวิจัยเฉพาะด้านการวิเคราะห์วัสดุ
  5. ประเมินและอภิปรายกรณีศึกษาจริงหรือการเผยแพร่ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์วัสดุขั้นสูง เพื่อแสดงถึงความเกี่ยวข้องและผลกระทบของเทคนิคเหล่านี้ในเทคโนโลยีและงานวิจัยใหม่ ๆ
  6. สื่อสารข้อมูลเชิงเทคนิคอย่างมีประสิทธิภาพผ่านรายงานและการนำเสนอด้วยวาจา โดยอธิบายผลการวิเคราะห์และความหมายของผลลัพธ์ให้กับผู้ฟังที่มีทั้งพื้นฐานด้านเทคนิคและไม่ใช่ด้านเทคนิค

ความรับผิดชอบต่อผลลัพธ์การเรียนรู้ของหลักสูตร

  1. บัณฑิตสามารถประยุกต์ใช้ความรู้ในหัวข้อหลักและทฤษฎีที่เกี่ยวข้องในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมวัสดุ (PLO2)
  2. บัณฑิตสามารถทบทวน คิดวิเคราะห์ และอภิปรายทั้งในมุมกว้างและลึกอย่างเชี่ยวชาญในงานทางด้านวิศวกรรมวัสดุที่เกี่ยวข้องกับงานวิจัย สามารถระบุปัญหาหรือประเด็นท้าทายเชิงวิชาการได้ (PLO3)

Advanced Materials Characterization

Prerequisite : None

This advanced course provides an in-depth exploration of the various techniques and methodologies used to characterize materials at the microscopic and atomic levels; Theoretical foundations and practical applications: hands-on experiments and data analysis to understand the properties and behaviors of new and advanced materials; Principles of advanced characterization techniques such as Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Atomic Force Microscopy (AFM), and X-ray Diffraction (XRD); Characterization for the development of innovative materials for applications in nanotechnology, electronics, biomaterials, and more; Data analysis and interpretation; Case studies highlighting the significance of advanced characterization in real-world materials research and development.

Course Outline

  1. Introduction to Materials Characterization: Overview of the importance of material characterization, Types of materials such as metal, ceramic and polymer materials as well as composite and their applications. (6 hr.)
  2. Microscopy Techniques: Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Atomic Force Microscopy (AFM). (12 hr.)
  3. X-ray Techniques: Fundamentals of X-ray diffraction (XRD), Phase identification and crystallography, X-ray fluorescence (XRF), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray absorption spectroscopy (XAS) and Synchrotron light. (12 hr.)
  4. Spectroscopy Methods: Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman Spectroscopy, Ultraviolet-Visible (UV-Vis) Spectroscopy. (12 hr.)
  5. Thermal characterization: Thermal analysis methods (e.g., Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA)). (12 hr.)
  6. Case Studies and Applications: Review recent advancements in materials characterization for dissemination, analysis, discuss, and conclusions to explore the next experiments. (18 hr.)

Learning Outcomes

  1. Explain characterization techniques and demonstrate comprehensive knowledge of advanced materials characterization techniques, including microscopy, spectroscopy and X-ray techniques.
  2. Select and utilize appropriate characterization methods to analyze the physical and chemical properties of different materials across various applications.
  3. Analyze and interpret complex data obtained from various characterization methods, utilizing statistical and computational tools to derive meaningful conclusions.
  4. Design and conduct experiments effectively, develop hypotheses and employ methodologies that address specific research questions related to material characterization.
  5. Evaluate and discuss real-world case studies or dissemination related to advanced materials characterization, illustrating the relevance and impact of these techniques in emerging
    technologies and research areas.
  6. Communicate technical information effectively through written reported and oral presentations, articulating findings and implications of characterization results to both technical and nontechnical audiences.

Alignment with the following PLO:

  1. Graduates apply general knowledge of core topics and theory to solve problems in Materials Engineering. (PLO2)
  2. Graduates are able to critically review, analyze, and give broad and deep critique in Materials Engineering associated with research, identify core problems or find challenging academic issues. (PLO3)