複合材料:超越單純材料的強大性能
複合材料,又稱合成材料或簡稱複合材料,是一種由兩種或多種物理或化學性質顯著不同的組成材料製成的材料。當這些材料結合時,會產生具有不同於單一成分的特性,且各個組件在最終結構中保持獨立且獨特。
複合材料因其具有以下優點而受到廣泛青睞:
更堅固:複合材料通常比傳統材料更堅固,例如鋼筋混凝土比混凝土更堅固。
更輕:複合材料通常比傳統材料更輕,例如碳纖維比鋼更輕。
更便宜:複合材料通常比傳統材料更便宜,例如玻璃纖維比鋁更便宜。
更耐用:複合材料通常比傳統材料更耐用,例如可以抵抗腐蝕和磨損。
多功能性:複合材料可以定制以滿足各種應用需求。
折射率與折射儀的工作原理
折射儀:測量物質折射率、比重、糖度的利器
折射儀是一種光學儀器,透過測量物質對光線的折射現象,來獲得物質的折射率、比重、糖度 (Brix,白利糖度) 等資訊。其原理是利用光線在不同介質中傳播時,速度會產生差異,進而導致光線行進方向發生偏折,這種現象被稱為「折射 (Refraction)」。中文的「屈折」則是進一步解釋可見光的折射。所以折射儀通常被稱為屈折度計或屈折計 (偶而也被誤植為曲折計或曲折度計)。
折射儀透過精密的設計,能夠將光線偏折的角度轉化為可量化的數據,並與物質的特性建立對應關係,因此能夠廣泛應用於各個領域。
折射儀的工作原理
當光線從一種介質進入另一種介質時,會因光速變化而導致光線行進方向發生偏折。這也是為何筷子插入水杯時,肉眼會看到筷子被折屈。這是因為光線從水中的筷子表面反射進入空氣中以後,改變了方向的緣故。眼睛看到的光線,讓大腦誤以為水面下的筷子,是在眼睛直線方向的位置。

筷子在水中的折射現象
上述的現象被稱為折射。折射儀正是利用了光線折射的原理來測量物質的折射率。
影響折射率的主要因素
折射率會受到多種因素的影響,包括:
物質的種類:不同的物質具有不同的折射率。
光線的波長:光線的波長不同,折射率也會不同。一般來說,波長較短的光線,其折射率較大。
溫度:溫度升高,物質的密度會降低,折射率也會降低。
比重:另外一種會影響折射率的變因,是溶液的比重 (Specific Gravity),亦稱為質量百分比。舉例來說,不同比重濃度的蔗糖水,會有不一樣的折射率。因此,根據已知蔗糖比重的蔗糖水與折射率之間的關係,便能由溶液的折射率,反推溶液中的蔗糖比重,進而測量出樣品的糖度。通常,我們會以 Brix,白利糖度百分比,來表示樣品的糖份。也就是在 20°C 的溫度下,每100克水溶液中,有多少克的蔗糖?
除了 Brix 之外,亦有用 Plato 柏拉圖當作糖分計量單位,常見於啤酒業用來表示黑麥汁的糖份。因此,折射儀,也常被稱為糖度計、糖份計、糖度儀。
在實際應用中,通常需要考慮這些因素的影響,才能得到準確的測量結果。
折射儀的光源
折射儀通常會配備一個光源,發射出特定波長的光線。光線會照射到待測物質的表面,並發生折射。折射儀透過精密的光學系統,能夠準確地測量折射角。根據司乃耳定律(Snell's Law),就可以計算出物質的折射率。
不過需要注意的是,各種特定單一波長的光線通過相同的物質,結果造成的折射率 (n) ,不盡相同。
目前通用的標準折射率,單位是以 nD 表示,它是以鈉燈所產生的雙波長光線 (588.995 nm 與 589.592 nm)取兩波長的中間值,也就是589.3nm,來定義折射率的絕對測量結果。早期也有用紅色氫氣燈 (656.2725nm, 單位 nC),藍色氫氣燈 (486.1327nm,單位 nF)來表示某物質的折射率,現在已經比較少用了,因此目前市面上的折射計,都是以 nD 為單位。
新型的折射儀,更是將燈源改為 LED,不但波長特性更穩定,燈源壽命也比鈉燈長得多,儀器更容易維護,目前已經逐漸取代傳統常需要定期校正的鈉燈源。
如何選購折射計?
在選購折射儀時,需要考慮以下因素:
- 測量精度:根據應用需求選擇合適精度的折射儀。
- 測量範圍:根據待測物質的折射率範圍選擇合適的測量範圍。
- 功能:有些折射儀具有自動補償溫度、自動校準等功能,可以提高測量效率和準確度。
- 品牌和價格:選擇知名品牌的折射儀,可以獲得更可靠的質量和售後服務。
折射計發展至今,經過不斷改善,測量的速度、精度、儀器的穩定度、壽命,都已經獲得大幅改善,至今已經成為許多研究、品管,所不可或缺的儀器。新型的數位式折射儀,更採用全反射的測量方式,利用折射率與全反射角度呈正比的特性,來測量出樣品的折射率。相較於傳統 ABBE 阿貝式屈折度計,由於全反射屈折度計不需要讓光線穿透樣品到另外一邊再量測,因此對於不太透光、高黏稠度、或深色的樣品,新型的數位式折射儀,一樣能夠勝任。

傳統 ABBE 與 全反射式屈折度計的比較
勢動科技代理來自德國、世界知名品牌 A.KRÜSS 的高品質折射計,在德國精密機構與光學設計下,這一系列的折射儀,不但精準,更是耐用。屈折度計常見的問題,便是光學鏡片接縫處漏液,這種現象在德國工藝之下,是很難發生的現象,對於酸鹼溶液,也無需特別照顧,滴上藍寶石光學窗,數秒內便完成測試,擦拭一下便能進行下次量測。
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不太透光又黏稠的的深色食用色素、食用香料,一樣能夠精準測量糖度
Brix, Plato, 比重 三者之間換算
台灣一直是全球重要的水果產地,食品業也是非常重要的產業,折射儀在這些產業以及相關研究領域的使用,已經行之有年。拿來測量果汁、果凍、食品添加劑、食用色素、食用香料的糖份。近年來,由於釀酒獨賣事業的開放,折射儀也是釀酒產業不可或缺的儀器之一。無論是葡萄酒 (紅酒、白酒),或者自釀啤酒,要得知原料或成品的品質,有兩個數據是依定要知道的,一是 OG 值 (釀造前原始比重),一是 FG 值 (釀造後最後比重)。關於白利糖度 (Brix)、柏拉圖糖度 (Plato)、比重 (SG, Specific Gravity) 三者間的關係,以及換算,可由下表得知:

Brix 白利糖度、比重、柏拉圖 換算表
折射計:光與測量的時光之旅
引言
折射計是一種科學技術,用來測量光穿過物質時彎曲(折射)的方式。這一特性稱爲折射率,能提供有關物質組成和性質的寶貴信息。
歷史發展
折射的概念,有著悠久而迷人的歷史。
早期觀察:最早的折射觀察記錄可追溯到希臘哲學家柏拉圖(公元前428-348年)。他注意到槳部分浸入水中時顯得彎曲。
中世紀發現:在公元10世紀,波斯學者伊本·薩赫爾(Ibn Sahl,940-1000年)進行了開創性的折射研究,被認爲是折射定律的發現者。然而,他的工作在幾個世紀內基本上不爲人知。
折射定律的重新發現:1621年,荷蘭物理學家威廉·斯涅爾(Willebrord Snellius,1580-1626年)獨立地提出了折射定律,爲折射計的發展奠定了基礎。
折射計的誕生
德國物理學家恩斯特·阿貝(Ernst Abbe,1840-1905年)被認爲是折射計的發明者。1872年,他在耶拿的卡爾·蔡司公司推出了自己的儀器。阿貝用折射計分析顯微鏡生產中使用的香脂和樹脂。

德國 A Krüss 光學儀器公司 所設計生產的現代化折射儀
現代折射計
如今,數位折射計被廣泛使用。
這些儀器使用LED光源、棱鏡和CCD傳感器進行精確測量。 提供多波長功能,允許在不同光譜範圍內進行分析。
折射計的應用
折射計在各個領域有著廣泛的應用:
教育:用於實驗室中教授科學原理。
研究:用於各個科學領域分析材料。
工業:在各種產品的質量控制過程中起著至關重要的作用。
藥學:用來確定溶液的濃度並確保藥物質量。
結論
折射計從古代觀察演變爲精密的科學工具。數字折射計提供了一種多功能且高效的方法來分析各種材料的性質。折射率的測量在這一過程中發揮了核心作用,成爲理解和應用材料科學的重要工具。
界達電位Zeta Potential原理?爲什麼重要?
界達電位原理
界達電位(Zeta Potential)是用來描述奈米級膠體微粒,在其滑動面 (Slipping Plane) 上的電位,通常以毫伏特 (mV) 為單位表示。由於膠體微粒的滑動面,是微粒跟溶液分開的交界,測量界達電位的高低,可以得知微粒滑動面離微粒表面的距離,這個距離構成電雙層(Electric Double Layer)的厚度,也就是微粒到溶液正負兩層離子交界面的厚度,進而得知膠體溶液的特性與穩定性。
