基本上﹐科學家們提出了兩種方法來進行這項研究﹕一種是根據浦朗克常數﹐另一種則是根據亞佛加厥常數。在本期的Metrologia期刊裡﹐德國Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) 標準實驗室的Peter Becker與比利時Institute of Reference Materials and Measurements的科學家們合作﹐發表了利用後者來重新校準物體質量單位的實驗結果。
要使用亞佛加厥常數來定義” 公斤” ﹐所必須克服的困難是如何準確地計算出到底一莫耳的物質﹐有多少原子在其中。為了達成這個目標﹐Becker等人利用稱為X-ray crystal density molar mass(XRCDMM) 的方法﹐嘗試從近乎完美的單晶矽﹐更精確地量測物質的晶格係數﹑密度﹑與莫耳質量。他們根據所得到的數據﹐將莫耳質量除以晶體密度﹐就得出所謂的莫耳體積 (一莫耳的矽原子所佔的體積)。同時﹐他們透過測量晶體的晶格大小﹐可以得到單一矽原子的體積。最後﹐將莫耳體積除以單一矽原子的體積﹐就得到了一莫耳原子的數目﹐也就是亞佛加厥常數。
Becker等人利用XRCDMM所得到的亞佛加厥常數﹐其值為6.0221353×1023。這個數字﹐與其它實驗所得到的結果大致相同。而由於實驗的限制﹐這個數字仍然有3.4×10-7的誤差。他們正在尋求International Avogadro Working Group的協助﹐希望將這個誤差降低到10-8的範圍。值得一提的是﹐Becker等人所得到的亞佛加厥常數﹐與最近由Committee on Data for Science and Technology (CODATA) 所建議的數字﹐有百萬分之一的差異。
以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:
1. 材料層:有機玻璃系新素材
A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。
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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護
在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:
泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶
3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X
當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。
(1) 方法一:施加高壓高頻訊號(RF / AC Bias)+ OBIRCH 透過施加高頻交流訊號,利用斷路點兩端的寄生電容(Parasitic Capacitance)產生微弱的充放電位移電流,進而引發局部微熱,再利用 OBIRCH 亮點結果比對差異。
(2) 方法二:QDm 磁場感測透視重建,找出電流斷在哪 對於 2.5D / 3D 先進封裝或 Bump/Bonding Wire 斷裂,QDm(量子鑽石顯微鏡) 能感測極微弱的磁場分布,工程師可透過電流在斷路點瞬間歸零的磁場邊界(Magnetic Field Boundary),精準視覺化找出「電流在哪裡中斷」。
3. 完全沒有電性反應,改用其他物性分析(PFA)技術 當電性迴路完全無法通電、連高頻訊號都無法傳導時,EFA 亮點定位機台將達到極限。此時宜特會建議客戶轉用 X-Ray / 3D X-Ray(CT)進行非破壞性結構透視,直接觀察打線(Bonding Wire)斷裂、Bump 脫焊或通孔(Via)斷裂位置。
4. OBIRCH、QDm 還是 3D X-Ray?Open 分析這樣選 遇到Open(開路)問題,切忌盲目加大 DC 直流電壓。應先確認是否能透過高頻/高壓觸發微弱訊號,並利用 QDm 感測磁場中斷點;若電性完全無反應,則應果斷搭配 3D X-Ray 進行結構照相,才是最節省時間與樣品成本的黃金路徑。
5. 案例示範:如何找出隱藏的 Open 斷點 針對異常 Pin 腳施加高壓或高頻交流訊號(AC Bias),利用斷路點(Open Spot)兩端產生的微弱寄生電容充放電位移,及電磁場變化量,偵測出異常斷點處。