CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, SNOM, AFM, TEM)
|
|
- Milena Soukupová
- před 8 lety
- Počet zobrazení:
Transkript
1 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, SNOM, AFM, TEM) Morfologie nauka o tvarech. Studium tvaru povrchu vrstev a povlaků (nerovnosti, inkluze, kapičky, hladkost,.). Topologie matematická disciplína studující ty vlastnosti prostoru, které se zachovávají při spojitých deformacích, jako např. souvislost, kompaktnost n. dimenze (Technický slovník naučný SNTL, 1985). Opírá se o obecný výklad pojmu prostor, studuje vlastnosti útvarů.
2 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, AFM, SNOM, TEM) Rozlišovací schopnost světelného mikroskopu d ~ l/ (2.A), kde A je úhlová apertura, A = n sina, n index lomu prostředí mezi předmětem a objektivem a - úhel sevřený optickou osou a krajními paprsky svazku vstupujícího do objektivu. (Rayleighovo kritérium dva body jsou pozorovatelné odděleně, jestliže jejich vzdálenost je větší než 0,61 l/ (n. sin q) kde l je vlnová délka použitého světla, n index lomu prostředí a q je poloviční vstupní úhel zobrazovací soustavy). Hranice optické mikroskopie nemůže oddělit dva obrazy jejichž vzájemná vzdálenost je menší než polovina vlnové délky použitého světla (plyne z Heiss. principu neurčitosti) Světelný zdroj s l = 400 nm max. rozlišovací schopnost 200 nm. Lidské oko rozliší dva body vzdálené od sebe 0.2 mm. Rozlišovací schopnost s elektrony je mm (P. Tománek, Čs.čas.fyz.1, 2001)
3 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, AFM, SNOM, TEM) SEM (scanning electron microscopy - rastrovací elektronový mikroskop) je jedním z nejuniverzálnějších přístrojů pro sledování a analýzu mikrostrukturálních charakteristik pevných látek a jejich povrchů. Řada zdrojů informací v rastrovacím elektronovém mikroskopu (jako např. Rentgenovo záření a Augerovy elektrony), poskytne důležité údaje o složení vzorku nejenom v jeho objemu, ale zejména v blízkosti povrchu. SEM - Interakce elektronů s látkou Elektronový mikroskop k zobrazení se používá fokusovaného elektronového svazku Elektronové čočky - elektrostatické - magnetické
4 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU Interakce svazku elektronů s pevnou látkou a její typické odezvy. E 0 je energie primárních elektronů, D E je charakteristická ztráta, Q je Braggův úhel.
5 SEM (Scanning Electron Microscopy rastrovací elektronový mikroskop), Hulínský, Jurek, Zkoumání látek elektronovým paprskem, SNTL 1982 Při energiích elektronů užívaných při mikroanalýze (5 až 50 kev) dosahují elektrony rychlostí, které se blíží rychlosti světla. Při průchodu hmotou se elektrony nejen rozptylují, ale také ztrácejí při srážkách s atomy část své energie. V zásadě mohou nastat při nárazu elektronu na atom dva případy : -elektron se odrazí (rozptýlí) do jiného směru beze ztráty své původní rychlosti (energie) tzv. pružný rozptyl, -část energie předá atomu a dále se pohybuje se zmenšenou kinetickou energií (nepružný rozptyl). Při dopadu svazku elektronů na povrch se v blízkosti povrchu objeví kromě odražených elektronů ještě další skupina elektronů sekundární, mající energii jednotek až desítek ev.
6 SEM Obr. Typické spektrum získané při ozáření stříbra elektrony o energii 160 ev. Oblast A pružně odražené elektrony, B- nepružně odražené elektrony, C- přechodová oblast, D- sekundární elektrony. Emise sekundárních elektronů je nejvyšší při nízkých energiích primárních elektronů. Sekundární elektrony vznikají při pronikání primárních elektronů hmotou jako produkt nepružných srážek. Při ionizaci se uvolňují elektrony slupek atomů a mají li dostatečnou energii, mohou se ve vzorku pohybovat. Jejich pohyb se zpomaluje a tak mohou uniknout ze vzorku jen v případě, že nejsou generovány hlouběji než v jisté maximální hloubce.
7 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - SEM Rastrovací elektronová mikroskopie SEM Rentgenové záření, Augerovy elektrony poskytnou údaje o složení vzorku Obraz se vytváří bod po bodu. Elektrony emitované tryskou jsou soustřeďovány do úzkého svazku,vychylování cívkami, paprsek probíhá po povrchu vzorku, řádek po řádku. Zvětšení x Rastrovací obdélník má stranu cca 1 mikrometr. Rozlišení 3 6 nm (zhruba o řád horší než v TEM)- Gricová, skripta ČVUT,1992 SEM používá sekundární elektrony emitované z povrchu. Intenzita a úhel emise závisí na morfologii povrchu a na materiálu. Zesílení SEM je asi max x (oproti optickým mikroskopům s 300 x zesílením). SEM má dobré příčné a vertikální rozlišení.
8 SEM Elektronový mikroanalyzátor používající detekce a spektroskopie charakteristického rentgenového záření jako zdroje informace je výkonným přístrojem pro elementární analýzu malých objemů. Vzorek je analyzován většinou nedestruktivně a přístroj umožňuje studovat i rozložení koncentrace prvků po ploše. Přesnost stanovení chemického složení činí obvykle 1 až 2% z celkového obsahu stanoveného prvku.
9 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - SEM SEM slouží k zobrazování i trojrozměrných preparátů s vysokým rozlišením a s velkou hloubkou ostrosti. Elektrony emitované tryskou a urychlené vysokým napětím jsou soustřeďovány do úzkého svazku, který je vychylován cívkami tak, že probíhá po povrchu vzorku, řádek po řádku. SEM má rozlišení převyšující rozlišení světelné optiky. Vyznačuje se velkou hloubkou ostrosti a možností lokální analýzy z vybraného místa. Zvětšení u elektronového rastrovacího mikroskopu je dáno poměrem délek stran obrazovky a rastrovacího obdélníku na vzorku. Pohybuje se v rozmezí 20 až Rastrovaný obdélník na vzorku má stranu cca 1 mikrometr.
10 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - SEM Hitachi
11 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU SEM (Kraus, Úvod do fyz. pevných látek, skripta ČVUT) Elektrony jsou emitovány wolframovou katodou, urychlovány kladným napětím 5 50 kv a elektronovou optikou koncentrovány do úzkého svazku (dosažitelný průměr má hodnotu jednotek nanometrů) dopadajícího na vzorek. Vychylovací čočky řádkovacího systému svazek elektronů rozmítají po pozorované oblasti povrchu- svazek přejíždí oblast bod po bodu a řádek po řádku. V rastrovacím elektronovém mikroskopu volíme jako odezvu na excitaci primárními elektrony buď pomalé sekundární elektrony, nebo rychlé elektrony pružně odražené. Po jejich detekci vhodným detektorem je vzniklým elektrickým signálem modulován jas elektronového paprsku dopadajícího na obrazovku (podobně jako v TV technice). Zvětšení (10 5 a více) je dáno poměrem strany obrazovky k délce úseku řádkovaného na povrchu vzorku.
12 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU SEM (Kraus, Úvod do fyz. pevných látek, skripta ČVUT) Rastrovací mikroskop má rozlišovací schopnost až nm a hloubkovou ostrost i 300 krát větší než optické mikroskopy. (Hloubkové rozlišení závisí na detekovaných částicích. Nejblíže k povrchu vznikají sekundární elektrony, pružně rozptýlené elektrony přinášejí informaci z hloubek řádu 10 2 nm). Emise sekundárních elektronů je citlivá na povrchovou topografii, lokální elektrické a magnetické pole a na chemickém složení. Pružně odražených elektronů lze využít ke sledování povrchových nerovností, Při malých zvětšeních, kde se může řádkovací mikroskopie srovnávat s mikroskopií světelnou, je elektronová technika bez konkurence díky své mimořádné hloubce ostrosti.
13 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU SEM Metoda SEM je jednou z nejuniverzálnějších pro analýzu mikrostrukturálních charakteristik a je založena na principu interakce svazku primárních elektronů s hmotou vzorku. Analyzujeme emitované sekundární elektrony pro studium morfologie nebo primární odražené elektrony při zaměření na složení materiálu. Svazek primárních elektronů je změřen na určité místo, na němž dochází k přenosu energie, a jsou uvolňovány elektrony ze zkoumaného vzorku. Tyto dislokované elektrony (tzv. sekundární elektrony) jsou přitahovány ke kolektoru sekundárních elektronů, kde jsou převedeny na signál. Zachycený signál se přenáší na pozorovací obrazovku. Svazek primárních elektronů je cívkami vychylován tak, že řádek po řádku přejíždí vymezenou plochu vzorku. Čím je úhel dopadu primárního svazku vzhledem k normále pozorované plošky menší, tím je emise sekundárních elektronů silnější a ploška na obrazovce se jeví světlejší. Přístroje rastrovací elektronové mikroskopie obvykle užívají urychlovacího napětí kv, mají rozlišovací schopnost 7 10 nm a je možné dosáhnout zvětšení až x.
14 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - SEM Film morphology by SEM smooth surface covered by small droplets diameters of droplets of HA films: 5 μm 20 μm diameters of droplets of ZrO 2 films: 1 μm 5 μm HA film (magn. 400x) ZrO 2 film (magn. 400x)
15 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, AFM, SNOM, TEM) Studium povrchů metody mikroskopie řádkovací sondou (scanning probe microscopy, SPM). K nejdůležitějším patří : STM scanning tunneling microscopy řádkovací tunelovací mikroskopie AFM- atomic force microscopy mikroskopie atomárních sil NSOM řádkovací optická mikroskopie blízkého pole near field optical microscopy
16 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, AFM, SNOM, TEM) STM Scanning Tunneling Microscopy (rastrovací tunelová mikroskopie) STM - princip : jsou-li dva vodivé materiály v dostatečné blízkosti (ale ne v kontaktu), mohou elektrony projít z jednoho materiálu do druhého (protéká tzv. tunelový proud). Velikost tunelového proudu silně (exponenciálně) závisí na vzdálenosti materiálů a na přiloženém napětí. Sondou je ostrý kovový hrot, na jehož konci se nachází jen několik atomů. Sonda sleduje změny tunelového proudu a sestavuje tak obraz lokální hustoty elektronů (obraz povrchu). Základní předností je vysoké sub- atomární rozlišení V okolí hrotu je přiloženým napětím vytvářeno silné elektrické pole, schopné vytrhnout atom z povrchu umožňuje manipulaci s jednotlivými atomy Pracuje se v UHV (10-9 Pa) a lze dosáhnout atomárního rozlišení (zviditelnění jednotlivých atomů). Hlavní nevýhodou STM je, že může být použita pouze pro vodivé vrstvy.
17 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - STM STM
18 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - STM Detekční princip STM je založen na jevu tunelování elektronů z povrchu pevné látky. Podstata vyplývá z vlnového charakteru elektronů v pevné látce, díky němuž je pravděpodobnost jejich výskytu vně povrchu nenulová i v případě, že energie elektronů nepostačuje k překonání povrchové energetické bariéry. Tyto elektrony jsou registrovány prostřednictvím vodivého hrotu (sondy) pohybujícího se těsně nad povrchem (0,1 1 nm), na který je přiloženo malé urychlující napětí ( mv). Druhou elektrodu tvoří vodivý povrch vzorku. Proud protékající mezi povrchem vzorku a hrotem se nazývá tunelovací proud a jeho velikost závisí na lokálních vlastnostech povrchu, jako jsou jeho chemické složení, přítomnost atomů adsorbátu nebo tenkých filmů, nečistoty, apod. Typické hodnoty tunelovacího proudu se pohybují v rozsahu pa na. (Kalvoda, Parshin, skripta ČVUT FJFI)
19 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - STM Princip : velmi ostrý, elektricky vodivý hrot je umístěn do těsné blízkosti zkoumaného vzorku. Procházející proud je extrémně citlivý na vzdálenost hrot vzorek. Je- li hrot umístěn tak, aby byl při jeho pohybu (rastrování) konstantní tunelový proud, pak získáme mapu obrysů povrchu vzorku s atomárním rozlišením. STM je na a STM Movie na a Materialstoday, May 2005, Elsevier STM (první demonstrace kvantově- mechanického tunelování v r. 1960, první STM v r. 1981, Nobelova cena v r Binning, Rohrer). Kvantově mechanická vlna se tuneluje skrz energetickou bariéru. V praxi musí mít bariéra rozměry blízké atomárním pak je možno detekovat tunelový proud. V STM je bariérou prostorová mezera. To neznamená, že STM může pracovat pouze za vysokého vakua.. Naopak, mohou být studovány i biologické objekty ve svém přirozeném prostředí (např. ve vodě).
20 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - STM Schéma STM (piezoelektrický pohyb třídimenzionální)
21 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - STM
22 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - STM Materialstoday, May 2005
23 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - STM Materialstoday, May 2005
24 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, AFM, SNOM, TEM) AFM Atomic Force Microscopy (Mikroskopie atomových sil) AFM je typická ex- situ technika a svým použitím má místo mezi STM a SEM. Lze zobrazovat vodiče i izolanty. Sondou je pružné raménko (cantilever), na jehož konci je ostrý hrot. Hrot může být z různých materiálů (typickým je křemík) Působení přitažlivých a odpudivých sil (Van der Waalsovy, elektrostatické, magnetické) dochází k ohýbání raménka, přičemž velikost tohoto ohybu je detekována. Ohyby jsou detekovány laserovým paprskem a slouží pro sestavení obrazu povrchu Oproti STM nemusí mít vzorky vodivý povrch a ani hrot nemusí být vodivý. AFM může být provozována jak v UHV, tak i na vzduchu.!!!!! Atomární rozlišení není rutinně dosahováno. Hloubkové rozlišení je 1 nm - 2 nm.
25 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - AFM AFM
26 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU- AFM AFM - vynalezeno v roce 1985 (později než STM). Třídiomenzinální obraz povrchu. Dosahuje atomárního rozlišení. Od STM se liší tím, že jeho hrot je umístěn na pružném raménku. Vzorek musí být pevně přichycen, nebo robustní. Tunelovací hrot STM byl nahrazen hrotem mechanickým umístěným na speciální mikropružině (raménku). Namísto tunelovacího proudu snímá AFM okamžitý pohyb mikropružiny v důsledku sil působících ze strany povrchu vzorku na hrot. Ty můžeme rozdělit do několika skupin : síly odpudivé velmi krátkého dosahu, síly krátkého dosahu přitažlivé (Van der Valsovy síly úměrné v případě působení dvou dipólů faktoru 1/d 6, kde d je vzdálenost mezi dipóly kvantově mechanické interakce) síly dlouhého dosahu (magnetické a elektrostatické interakce se zákonem působení 1/d 2 ).
27 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU- AFM Mikropružina s hrotem je klíčovou částí AFM. Musí snímat síly řádu N. Pružina musí dostatečně přesně sledovat povrch vzorku v průběhu posunu hrotu. Protože hrot kmitá při snímání povrchu obvykle s frekvencí několika khz, měla by být rezonanční frekvence mikropružiny vyšší než 10 khz. V současnosti nejrozšířenější systém detekce využívá odrazu laserového svazku od vrchní části mikropružiny pokryté zrcadlovou vrstvou a následné analýzy rozložení odraženého záření pozičně- citlivým detektorem. Měření s AFM může mít dva základní režimy (módy): -Kontaktní mód ve kterém na hrot působí odpudivé síly velmi krátkého dosahu, -Nekontaktní mód, kdy jsou detekovány přitažlivé síly krátkého, resp. dlouhého dosahu. Bezkontaktní režim měření neumožňuje dosažení tak vysokého rozlišení, jako režim kontaktní. Je však velmi vhodný pro studium měkkých povrchů a proto je často aplikován pro studium povrchů tenkých organických vrstev (polymerů, LB filmů) a biologických preparátů. Charakterizace biologických preparátů, např. bílkovin, může být prováděna ve vodním prostředí zachovávajícím původní strukturu a vlastnosti studovaných preparátů. (Kalvoda, Parshin, skripta ČVUT)
28 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - AFM Materialstoday, May 2005
29 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU- AFM Velkou výhodou AFM je, že nevyžaduje elektricky vodivý vzorek. Kantilever je zhotoven z křemíku, nebo nitridu křemíku, jeho délka je obvykle 1.5 x 10-4 m a šířka x 10-6 m. Odklon raménka je zesílen opticky odrazem laserového svazku od jeho povrchu. Stejně jako u STM je vzorek vzhledem k hrotu rastrován piezoelektrickým skanerem. Typická skanovací délka je 10-4 m. Kvalitní skaner zachytí změny velké asi m. AFM vyžaduje detailní pochopení fyzikálních a chemických vazebních sil a technologického procesu. AFM umožňuje měřit vazební síly jednotlivých molekul. AFM je vhodná i pro studium biologických membrán, proteinů vázaných na membrány, DNA molekul, atd.
30 AFM Metoda AFM je založena na mapování atomárních sil na povrchu zkoumaného vzorku. Sondou je tzv. cantilever pružný nosník (raménko) na jehož konci je ostrý hrot. Hrot může být z různých materiálů, typickým je křemík, nebo na něm může být připevněna magnetická částice či molekula. Působením přitažlivých a odpudivých sil (Van der Waalsovy síly, elektrostatické nebo magnetické síly) dochází k ohýbání raménka.ohyby jsou detekovány laserovým paprskem a slouží k sestavení obrazu povrchu, např. sledování profilu konstantní síly. AFM může být rovněž použit pro jiné účely než pro zobrazování. Používá se např. pro měření intra- a intermolekulárních sil, měření viskoelastických vlastností povrchu buněk in vivo, atd. AFM používaný jako přístroj má své nedostatky. Tkáně se zobrazují obtížně, protože jsou velmi měkké a členité a hrot sondy se může snadno při skenování povrchu vzorku zachytit.
31 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - AFM
32 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU- AFM
33 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU- AFM RESULTS growth rate, morphology Layers with thickness between 100 nm and 260 nm were fabricated after an average deposition time of ~ 12 min (TD2 sample - MSPLD - 50 W) Deposited TiC layers were smooth, no droplets were observed
34 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU Hrot STM Hrot AFM
35 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU Hlava AFM-STM Variable temperature STM
36 AFM (Encyclopedia- Materials Characterisation R.W. Cahn) Topografie povrchu AFM (atmomic force microscopy) = SFM (surface force microscopy = scanning force microscopy) Ostrý hrot (tip) skanován nad vzorkem Jsou detekovány přitažlivé a odpudivé síly mezi hrotem a povrchem V praxi jsou síly odpudivé stabilnější a jsou proto více detekovány Typické síly 0.1 mikronewtonu, nejmenší poloměr křivosti tipu je 0.03 mikrometru Tip je obvykle statický a pohybuje se vzorek (skanován piezoelektrickým převodníkem) Zobrazování i nevodivých povrchů Užitečné zesílení je od x 10 3 do více jak x Atomární rozlišení řádu nm lze docílit na hladkých vzorcích Vertikální vzdálenosti mohou být měřeny s rozlišením lepším než 1 nm. Přístroj je obvykle provozován na vzduchu, ale tip a vzorek mohou být také v kapalině. Provoz ve vakuu je možný, ale není běžný
37 AFM (Encyclopedia- Materials Characterisation R.W. Cahn) AFM není moc vhodná pro studium nerovných povrchů. AFM je velmi vhodná pro studium hladkých povrchů s defekty menšími než 1 mikrometr. Jsou- li tip a vzorek vzdáleny od sebe na velkou vzdálenost (stovky nebo tisíce meziatomárních vzdáleností), pak je mezi nimi síla nulová. Jak se vzdálenost snižuje, rostou síly přitažlivé s menší vzdáleností. Při několika meziatomárních vzdálenostech dosahují přitažlivé síly svého maxima a pak s klesající vzdáleností klesají, až dosáhnou nuly tj. rovnovážná poloha. Další zmenšování vzdálenosti je doprovázeno růstem odpudivých sil. Přitažlivé síly : van der Walsovy Raménko (kantilevr) pro měření malých sil nitrid křemíku s pyramidálním tipem Kantilevr široký asi 10 mikrometrů, tloušťky 0.6 mikrometrů a délky 100 mikrometrů má silovou konstantu 0.08 Nm-1. Mechanické skanování pomocí piezoelektrického převodníku ve tvaru válce (jedna elektroda na vnitřní stěně a čtyři separátní na vnější stěně). Jeden konec válce připevněn k základně mikroskopu a vzorek je přichycen na opačné straně. Napětím lze docílit posuvů v x a y směru asi 100 mikrometrů a v ose z asi 10 mikrometrů.
38 AFM (Encyclopedia- Materials Characterisation R.W. Cahn) Omezení AFM Vysoká citlivost pro malé změny ve vertikálním směru, ale je to provázeno limitovaný vertikálním rozsahem. Piezodriver dovoluje skanování až do 250 mikrometrů. Mechanický x-y stolek umožňuje umístit kantilever- detektor systém do 5 mm oblasti. Aplikace Hlavně v oblasti materiálového inženýrství Při malých zesíleních (x 10 3 až x 10 6 ) doplňuje AFM topografická měření jiných mikroskopů.
39 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, AFM, SNOM, TEM) SNOM (Scanning Near- Field Optical Microscopy) NSOM (Near Field Scanning Microscopy) PSTM (Photon Scanning Tunneling Microscopy) STOM (Scanning Tunneling Optical Microscope) = optický rastrovací mikroskop s lokální sondou, pracující v blízkém poli Standardní optický mikroskop má rozlišení dané difrakčním limitem a je asi 500 nm, se špatnou hloubkou ostrosti při velkém zvětšení. Optická analogie k STM je tunelování fotonů v SNOM. Používá se optická sonda poblíž povrchu vzorku. Oddaluje- li se sonda od povrchu, pak se rozlišení snižuje, ale vertikální rozlišení je zachováno díky režimu PTM (Phonon Tunneling Microscope). Vzorek musí být dielektrický. Miniaturní detektor je umístěn do těsné blízkosti osvětleného předmětu, do zóny, která se nazývá zóna blízkého pole. Vertikální rozlišení je asi stejné jako SEM, ovšem příčné rozlišení je menší. Nedestruktivní měření charakteristik transmisních i reflexních vzorků s příčným superrozlišením vyšším než 100 nm.
40 SNOM - lze docílit rozlišení < 100 nm (větší než je difrakční limit) Kombinací malé apertury (menší než je vlnová délka) pro osvětlení objektu spolu s umístěním detektoru velmi blizko ke vzorku (<< než je vlnová délka, neboli do blízkého pole ) lze docílit velmi vysokého rozlišení.
41 SNOM Mikroskopy SNOM umožňují zkoumat optické vlastnosti povrchu vzorku s rozlišením, které je lepší než vlnová délka světla. Osvětlením vzorku v blízkém viditelném světle dosáhneme překročení difrakční bariéry a tedy rozlišení překračujícím možnosti optických mikroskopů pracujících s dalekým polem.
42 SNOM - existují různá schémata : 1) Osvětlení vzorku v blízkém poli a detekce signálu ve vzdáleném poli (excitace světla přes sondu) 2) Osvětlení vzorku ve vzdáleném poli a detekce v blízkém poli 3) Oba procesy v blízkém poli PSTM mód - vzorek je osvětlen totální vnitřní reflekční geometrií s evanescenčním polem
43 SNOM Schéma mikroskopu pracujícího v blízkém poli
44 SNOM Stejně jako u metody AFM, i při metodě SNOM se vytváří topografická mapa povrchu vzorku. U SNOM je však unikátní, že současně se vytváří i odpovídající fluorescenční mapa povrchu.
45 SNOM Důležitou komponentou je apertura menší než je vlnová délka světla. Je realizována zůženým (kónickým) optickým vláknem, pokrytým na vnější straně hliníkem (pro reflexi). Světlo se šíří vláknem (pro excitaci, nebo pro detekci) a tak lze docílit vysokého rozlišení. Rozlišení závisí na rozměrech špičky (tipu) vlákna a na vzdálenosti od vzorku. Obraz je vytvářen bod po bodu buď skanováním tipu, nebo vzorku. Lze např. detekovat jednotlivé molekuly virů a bakterií.
46 SNOM
47 a) Osvětlovací mód SNOM b) Kolektující mód c) Pro neprůhledné vzorky reflexní mód (odražené světlo je kolektováno optikou umístěnou poblíž tipu (hrotu) d) PSTM (Photon Scanning Tunneling Microscope) u povrchu vzorku se vytvoří evanescenční pole iniciované osvětlením ze vzdáleného zdroje. Tip působí jako rozptylovač evanescenčního pole a vzniknou homogenní vlny, které lze detekovat e) Invertované PSTM (Tunnel Near- Field Optical Microscope- TNOM) světlo je rozptylováno evanescenčním polem tipu f) Plasmon Near- Field microscope na povrchu kovové vrstvy jsou generovány povrchové plazmony a ty jsou rozptylovány tipem
48 SNOM Otvor v kovové vrstvě je menší než vlnová délka světla. Otvor je skanován v blízkosti objektu. Měření sil (střižná síla shear force) mezi koncem sondy blízkého pole a vzorkem. Světlo je tunelováno přes bariéru (mezera).
49 SNOM - Shear force schéma detekce sil mezi koncem sondy a vzorkem. Pro transparentní vzorky se měří v transmisním módu, neprůhledné vzorky se měří v reflexním módu.
50 SNOM - pro udržení optické sondy v blízkosti povrchu vrstvy je užit senzor ve tvaru laditelné křemenné vidličky. To umožňuje zvýšit odstup signál/šum. Informace o vzdálenosti povrchu se získá z odezvy naladěné křemenné vidličky (ta je připevněna na optické vlákno) na interakci s povrchem vrstvy. Systém vlákno- křemen je excitován příčnými vibracemi pomocí externího napájení na rezonanční frekvenci křemene. Je využit piezoelektrický jev v přítomnosti mechanických oscilací vzniká napěťová odezva elektrického výstupu křemene a to je využíváno pro informaci o amplitudě oscilací vlákna. Piezodriver excituje pomocí naladěného křemene oscilace vláknové sondy s počáteční amplitudou A 0 (výstup z křemene). Přiblíží- li se povrch vzorku, pak dosáhnou oscilace vlákna nějakou předem zvolenou hodnotu a z křemene dostaneme amplitudu A. Tato hodnota se udržuje zpětnou vazbou při skanování povrchu vrstvy.
51 SNOM - Transmisní mód - apertura vlákna je skanována podél vzorku ve vzdálenosti menší než 10 nm.
52 SNOM - Reflexní mód vzorek je ozářen vláknovou sondou a rozptýlené světlo je zrcadlem koncentrováno do fotonásobiče.
53 SNOM - Luminiscenční mód
54 STOM, SNOM, NSOM (P. Tománek,Čs. Čas. Fyz. 1, 2002) Miniaturní detektor se přiblíží do těsné blízkosti osvětleného předmětu, do zóny, která se nazývá zóna blízkého pole. Ta obsahuje jak šířící se složky pole (tj. takové, které se šíří prostorem na velké vzdálenosti), tak i nezářivé složky, jejichž struktura se blíží struktuře evanescenčních vln. Šířící se vlna neobsahuje žádné informace o jemných detailech předmětu, menších než l/2. Nehomogenní nezářivé složky, které se nešíří, nesou informaci o subvlnových detailech předmětu. Bohužel detekce těchto vln není triviální, protože se nešíří a nemohou se tudíž dostat ke vzdálenému detektoru. Proto je nutné vnořit detektor do zóny blízkého pole, kde se tyto nezářivé složky vyskytují, tj. do vzdálenosti několika nanometrů od povrchu předmětu. Detekce těchto vln je poté možná díky optickému (fotonovému) tunelovému efektu.
55 STOM, SNOM, NSOM (P. Tománek,Čs. Čas. Fyz. 1, 2002) Předmět může být osvětlen několika způsoby každý definuje jednu variantu mikroskopu : 1. STOM je charakterizován osvětlením pomocí úplného vnitřního odrazu (a). viz obr. Je určen pro transparentní předměty. Nejvíce používaný typ. 2. SNOM může pracovat buď při osvětlení předmětu vnějším odrazem, kde sonda představuje buď současně vysílač i přijímač (b), nebo při vnějším šikmém osvětlení (c). Umožňuje analýzu všech typů předmětu, transparentních i netransparentních a má výhodu, že ve srovnání s STOM je toto osvětlení izotropní. 3. NSOM pracuje pouze v transmisním režimu a hrot má pouze funkci vysílače osvětluje předmět (d). Je detekován signál ve vzdáleném poli.
56 STOM, SNOM, NSOM (P. Tománek,Čs. Čas. Fyz. 1, 2002) Základním elementem mikroskopu je sonda. V praxi se používají tři základní typy sond : optické vlákno, AFM hrot a kovový hrot. Nejčastěji optické vlákno zabroušené, či vyleptané do špičky, nepokovené, či pokovené.
57 NSOM (Kalvoda, Parshin, skripta ČVUT) Světelný zdroj využívaný aparaturami NSOM má průměr přibližně nm. Je tvořen skleněnou kapilárou nebo jednomódovým vláknem, které jsou vytaženy do tvaru atomárně ostrého hrotu a pokryty z vnější strany (s výjimkou samotného konce hrotu) tenkým kovovým zrcadlem. Obraz SNOM je tvořen postupným řádkováním sondy po povrchu vzorku a snímáním intenzity prošlého světla (změn absorpce) nebo intenzity fluorescence. Rozlišení NSOM dosahuje nm a o 1-2 řády tak převyšuje rozlišení klasické optické mikroskopie pracující se vzdáleným optickým polem. Uvedené rozlišení dobře vyhovuje např. potřebám studia morfologie tenkých vrstev polymerních materiálů, biologických membrán, atd.
58 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU (Optický mikroskop, SEM, STM, AFM, SNOM, TEM) Obraz v elektronovém mikroskopu je pozorován na luminiscenčním stínítku nebo snímán CCD kamerou. Aby nedocházelo k interakcím elektronů s atmosférou, je celý systém umístěn ve vakuu. TEM Transmission Electron Microscopy (prozařovací elektronový mikroskop) Pod pojmem mikroskop si lidé nejčastěji představují optický přístroj využívající viditelného světla pro pozorování velmi malých objektů. Prozařovací elektronový mikroskop je optický přístroj, který však místo světelného svazku používá elektrickým polem urychlené elektrony a místo skleněných čoček jsou použity elektromagnetické čočky. Dráha pohybujících se elektronů je ovlivněna magnetickým polem stejně jako světelný paprsek skleněnými čočkami.
59 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - TEM Mezní rozlišovací schopnost mikroskopu je úměrná vlnové délce použitého záření. Elektronové záření s podstatně kratší vlnovou délkou než má viditelné světlo umožňuje tedy dosáhnout mnohem vyšší rozlišovací schopnosti mikroskopu. TEM - vlnová délka elektronů závisí na urychlovacím napětí mikroskopu. U komerčně vyráběných mikroskopů se používá urychlovacího napětí od 100 do 400 kv, vlnová délka elektronů je pak 3, nm pro 100 kv a 1, nm pro 400kV, zatímco vlnová délka viditelného světla je nm. Rozdíl je až 5 řádů! Rozlišovací schopnost současných špičkových TEM přístrojů je 0,12 až 0,17 nm. Při tomto rozlišení je možné pozorovat jednotlivé atomové sloupce. Připomeňme zde, že průměr atomu se pohybuje v řádu 10-1 nm.
60 TEM CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU Interakce svazku elektronů s pevnou látkou a její typické odezvy. E 0 je energie primárních elektronů, D E je charakteristická ztráta, Q je Braggův úhel.
61 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - TEM TEM - při dopadu elektronů na vzorek dochází k různým typům interakcí (obr.). V prozařovací elektronové mikroskopii se využívá hlavně pružného, téměř pružného a nepružného rozptylu. Při pružném rozptylu se mění směr pohybu elektronů, ale nemění se jeho energie. Odchylky velké většiny pružně rozptýlených elektronů od původního směru jsou velké. Při téměř pružném rozptylu se mění směr pohybu i energie, změna energie je malá, několik setin ev (tzv. fononový a plazmonový rozptyl). Při nepružném rozptylu je změna energie značná, naproti tomu změna směru poměrně malá, většina jich projde clonou v objektivu. V prozařovací elektronové mikroskopii se obvykle používají tenké vzorky o tloušťce nm. Pro elektrony difraktující na takto tenkých vzorcích neplatí Braggův zákon zcela přesně, určuje však směr, v němž je difraktovaná intensita maximální. Braggovy úhly pro elektrony jsou malé, přibližně 1.
62 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - TEM Nejčastěji používaná technika se nazývá zobrazení ve světlém nebo temném poli. Pro zobrazení ve světlém poli jsou pomocí clony vybrány pouze prošlé elektrony, tzn., že jsou z obrazu vyloučeny všechny pružně rozptýlené (difraktované) elektrony. Při pozorování v temném poli jsou z obrazu vyloučeny prošlé elektrony a obraz vytvářejí elektrony difraktované jedním systémem rovin. Kdybychom se dívali na naprosto dokonalý krystal všude stejně silný, viděli bychom na stínítku pouze obraz konstantní intenzity. Jsou-li na nějakém místě krystalové roviny porušeny či zakřiveny přítomností poruchy, odráží se tam elektronový svazek s odlišnou intenzitou, což způsobí lokální změnu intensity obrazu. Elektronový mikroskop tak umožňuje tyto poruchy pozorovat.
63 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU- TEM TEM Interakce elektronů s látkou. Vlnová délka elektronů závisí na urychlovacím napětí mikroskopu kv.vln. délka elektronů 3.7 x 10-3 nm (pro 100 kv) až 1,6 x 10-3 nm (pro 400 kv)- oproti viditelnému světlu se jedná o 5 řádů!!!!!! Vzorky pro TEM musí být tenké aby procházející elektrony nebyly příliš absorbovány a nedocházelo k vícenásobnému rozptylu elektronů. Rozlišovací schopnost může být větší než 1/10 až 1/20 tloušťky preparátu. V TEM se obvykle používají tenké vzorky o tloušťce nm (1 100 nm). Tloušťka zkoumaného preparátu d závisí na urychlovacím napětí. Např. pro 100 kv je d = 0.5 mikrometrů.
64 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - TEM - Na obr. a (zobrazení ve světlém poli) vidíme typický obraz dislokačních čar na hranici mezi dvěma molybdenovými zrny. Hranice zrn je vůči elektronovému svazku nakloněna a na obrázku vidíme její projekci. Dislokace vidíme jako soustavu tmavých čar. Obr.: Dislokace na hranici zrn v molybdenu a) zobrazení ve světlém poli, měřítko odpovídá 100 nm, b) vysokorozlišovací elektronová mikroskopie, měřítko odpovídá 1 nm.
65 CHARAKTERIZACE MORFOLOGIE POVRCHU - TEM TEM Hitachi H-7600
66 SPM (scanning probe microscopy) SPM na rozdíl od elektronového a optického mikroskopu cítí povrch. Termín SPM zahrnuje : STM, AFM, mikroskop podélných sil (LFM -lateral force microscope), mikroskop magnetických sil (MFM - magnetic force microscope), mikroskop elektrických sil (EFM (electrical force microscope), NSOM (near- field scanning optical microscope), SThM (scanning thermal microscope) Všechny mikroskopy tohoto typu mají ostrý mechanický tip (sondu) která cítí povrch vzorku pomocí detekce sil, které působí mezi tipem a vzorkem. Tipy jsou vyráběny z křemíku, karbidu křemíku a nebo diamantové (hlavně pro měření tvrdosti). V typickém silovém mikroskopu je vychýlení kantilevru od 0.1 A do několika mikrometrů a typické síly jsou až 10-5 N. Působí různé síly : - Pauliho a iontová odpudivá ty působí na krátkou vzdálenost a jsou zanedbatelné při vzdálenostech nad 1 nm. - van der Walsova mezi elektrickými dipóly působí na větší vzdálenosti a lze je uvažovat do 10 nm - kapilární síly - magnetické a elektrostatické síly.
Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM
Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM Historie 1931 E. Ruska a M. Knoll sestrojili první elektronový prozařovací mikroskop 1939 první vyrobený elektronový mikroskop firma Siemens rozlišení 10 nm 1965 první
VíceTechniky mikroskopie povrchů
Techniky mikroskopie povrchů Elektronové mikroskopie Urychlené elektrony - šíření ve vakuu, ovlivnění dráhy elektrostatickým nebo elektromagnetickým polem Nepřímé pozorování elektronového paprsku TEM transmisní
VíceProč elektronový mikroskop?
Elektronová mikroskopie Historie 1931 E. Ruska a M. Knoll sestrojili první elektronový prozařovací mikroskop,, 1 1939 první vyrobený elektronový mikroskop firma Siemens rozlišení 10 nm 1965 první komerční
VíceMikroskopie se vzorkovací sondou. Pavel Matějka
Mikroskopie se vzorkovací sondou Pavel Matějka Mikroskopie se vzorkovací sondou 1. STM 1. Princip metody 2. Instrumentace a příklady využití 2. AFM 1. Princip metody 2. Instrumentace a příklady využití
VíceMikroskopie rastrující sondy
Mikroskopie rastrující sondy Metody charakterizace nanomateriálů I RNDr. Věra Vodičková, PhD. Metody mikroskopie rastrující sondy SPM (scanning( probe Microscopy) Metody mikroskopie rastrující sondy soubor
VíceZobrazovací metody v nanotechnologiích
Zobrazovací metody v nanotechnologiích Optická mikroskopie Z vlnové povahy světla plyne, že není možné detekovat menší podrobnosti než polovina vlnové délky světla. Viditelné světlo má asi 500 nm, nejmenší
VíceAnalýza vrstev pomocí elektronové spektroskopie a podobných metod
1/23 Analýza vrstev pomocí elektronové a podobných metod 1. 4. 2010 2/23 Obsah 3/23 Scanning Electron Microscopy metoda analýzy textury povrchu, chemického složení a krystalové struktury[1] využívá svazek
VíceOptická mikroskopie a spektroskopie nanoobjektů. Nanoindentace. Pavel Matějka
Optická mikroskopie a spektroskopie nanoobjektů Nanoindentace Pavel Matějka Optická mikroskopie a spektroskopie nanoobjektů 1. Optická mikroskopie blízkého pole 1. Princip metody 2. Instrumentace 2. Optická
VíceMetody skenovací elektronové mikroskopie SEM a analytické techniky Jiří Němeček
Metody skenovací elektronové mikroskopie SEM a analytické techniky Jiří Němeček Druhy mikroskopie Podle druhu použitého paprsku nebo sondy rozeznáváme tyto základní druhy mikroskopie: Světelná mikrokopie
VíceDIFRAKCE ELEKTRONŮ V KRYSTALECH, ZOBRAZENÍ ATOMŮ
DIFRAKCE ELEKTRONŮ V KRYSTALECH, ZOBRAZENÍ ATOMŮ T. Jeřábková Gymnázium, Brno, Vídeňská 47 ter.jer@seznam.cz V. Košař Gymnázium, Brno, Vídeňská 47 vlastik9a@atlas.cz G. Malenová Gymnázium Třebíč malena.vy@quick.cz
VíceMETODY ANALÝZY POVRCHŮ
METODY ANALÝZY POVRCHŮ (c) - 2017 Povrch vzorku 3 definice IUPAC: Povrch: vnější část vzorku o nedefinované hloubce (Užívaný při diskuzích o vnějších oblastech vzorku). Fyzikální povrch: nejsvrchnější
VíceVybrané spektroskopické metody
Vybrané spektroskopické metody a jejich porovnání s Ramanovou spektroskopií Předmět: Kapitoly o nanostrukturách (2012/2013) Autor: Bc. Michal Martinek Školitel: Ing. Ivan Gregora, CSc. Obsah přednášky
VíceSkenovací tunelová mikroskopie a mikroskopie atomárních sil
Skenovací tunelová mikroskopie a mikroskopie atomárních sil M. Vůjtek Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu Vzdělávání výzkumných
VíceFotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec
Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace RNDr. Věra V Vodičkov ková,, PhD. Katedra materiálů TU Liberec Obecné schéma metody Dopad rtg záření emitovaného ze zdroje na vzorek průnik fotonů několik µm
VíceANALYTICKÝ PRŮZKUM / 1 CHEMICKÉ ANALÝZY DROBNÝCH KOVOVÝCH OZDOB Z HROBU KULTURY SE ZVONCOVÝMI POHÁRY Z HODONIC METODOU SEM-EDX
/ 1 ZPRACOVAL Mgr. Martin Hložek TMB MCK, 2011 ZADAVATEL David Humpola Ústav archeologické památkové péče v Brně Pobočka Znojmo Vídeňská 23 669 02 Znojmo OBSAH Úvod Skanovací elektronová mikroskopie (SEM)
VíceELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE V TEXTILNÍ METROLOGII
ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE V TEXTILNÍ METROLOGII Lidské oko jako optická soustava dvojvypuklá spojka obraz skutečný, převrácený, mozek ho otočí do správné polohy, zmenšený rozlišovací schopnost oka cca 0.25
VíceMikroskopické techniky
Mikroskopické techniky Světelná mikroskopie Elektronová mikroskopie Mikroskopie skenující sondou Zkráceno z přednášky doc. RNDr. R. Kubínka, CSc. Zdroj informací: http://apfyz.upol.cz/ucebnice/elmikro.html
VíceVěra Mansfeldová. vera.mansfeldova@jh-inst.cas.cz Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR, v. v. i.
Mikroskopie, která umožnila vidět Feynmanův svět Věra Mansfeldová vera.mansfeldova@jh-inst.cas.cz Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR, v. v. i. Richard P. Feynman 1918-1988 1965 - Nobelova
VíceM I K R O S K O P I E
Inovace předmětu KBB/MIK SVĚTELNÁ A ELEKTRONOVÁ M I K R O S K O P I E Rozvoj a internacionalizace chemických a biologických studijních programů na Univerzitě Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.0066
VíceMikroskop atomárních sil: základní popis instrumentace
Mikroskop atomárních sil: základní popis instrumentace Jednotlivé komponenty mikroskopu AFM Funkce, obecné nastavení parametrů a jejich vztah ke konkrétním funkcím software Nova Verze 20110706 Jan Přibyl,
VíceZákladem AFM je velmi ostrý hrot, který je upevněn na ohebném nosníku (angl. cantilever, tento termín se používá i v češtině).
AFM mikroskop Obsah: AFM mikroskop... 1 Režimy snímání povrchu... 1 Konstrukce AFM... 3 Vlastnosti AFM... 3 Rozlišení AFM... 3 Historie AFM... 4 Využití AFM... 4 Modifikace AFM... 5 Závěr... 5 Literatura
VíceDifrakce elektronů v krystalech a zobrazení atomů
Difrakce elektronů v krystalech a zobrazení atomů Ondřej Ticháček, PORG, ondrejtichacek@gmail.com Eva Korytiaková, Gymnázium Nové Zámky, korpal@pobox.sk Abstrakt: Jak vypadá vnitřek hmoty? Lze spatřit
VíceVlnová délka světla je cca 0,4 µm => rozlišovací schopnost cca. 0,2 µm 1000 x víc než oko
VŠCHT - Forenzní analýza, 2012 RNDr. M. Kotrlý, KUP Mikroskopie Rozlišovací schopnost lidského oka cca 025 0,25mm Vlnová délka světla je cca 0,4 µm => rozlišovací schopnost cca. 0,2 µm 1000 x víc než oko
VíceEmise vyvolaná působením fotonů nebo částic
Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic PES (fotoelektronová spektroskopie) XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie), ESCA (elektronová spektroskopie pro chemickou analýzu) UPS (ultrafialová
VíceDOUTNAVÝ VÝBOJ. Další technologie využívající doutnavý výboj
DOUTNAVÝ VÝBOJ Další technologie využívající doutnavý výboj Plazma doutnavého výboje je využíváno v technologiích depozice povlaků nebo modifikace povrchů. Jedná se zejména o : - depozici povlaků magnetronovým
Více4 ZKOUŠENÍ A ANALÝZA MIKROSTRUKTURY
4 ZKOUŠENÍ A ANALÝZA MIKROSTRUKTURY 4.1 Mikrostruktura stavebních hmot 4.1.1 Úvod Vlastnosti pevných látek, tak jak se jeví při makroskopickém zkoumání, jsou obrazem vnitřní struktury materiálu. Vnitřní
VíceTestování nanovlákenných materiálů
Testování nanovlákenných materiálů Eva Košťáková KNT, FT, TUL Obsah přednášky Testování nanovlákenných materiálů -Vizualizace (zobrazování nanovlákenných materiálů) -Chemické složení nanovlákenných materiálů
Více3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).
PŘEDMĚTY KE STÁTNÍM ZÁVĚREČNÝM ZKOUŠKÁM V BAKALÁŘSKÉM STUDIU SP: CHEMIE A TECHNOLOGIE MATERIÁLŮ SO: MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ POVINNÝ PŘEDMĚT: NAUKA O MATERIÁLECH Ing. Alena Macháčková, CSc. 1. Souvislost
VíceOptika pro mikroskopii materiálů I
Optika pro mikroskopii materiálů I Jan.Machacek@vscht.cz Ústav skla a keramiky VŠCHT Praha +42-0- 22044-4151 Osnova přednášky Základní pojmy optiky Odraz a lom světla Interference, ohyb a rozlišení optických
VíceDifrakce elektronů v krystalech, zobrazení atomů
Difrakce elektronů v krystalech, zobrazení atomů T. Sýkora 1, M. Lanč 2, J. Krist 3 1 Gymnázium Českolipská, Českolipská 373, 190 00 Praha 9, tomas.sykora@email.cz 2 Gymnázium Otokara Březiny a SOŠ Telč,
VíceANALYTICKÝ PRŮZKUM / 1 CHEMICKÉ ANALÝZY ZLATÝCH A STŘÍBRNÝCH KELTSKÝCH MINCÍ Z BRATISLAVSKÉHO HRADU METODOU SEM-EDX. ZPRACOVAL Martin Hložek
/ 1 ZPRACOVAL Martin Hložek TMB MCK, 2011 ZADAVATEL PhDr. Margaréta Musilová Mestský ústav ochrany pamiatok Uršulínska 9 811 01 Bratislava OBSAH Úvod Skanovací elektronová mikroskopie (SEM) Energiově-disperzní
VíceGeometrická optika. předmětu. Obrazový prostor prostor za optickou soustavou (většinou vpravo), v němž může ležet obraz - - - 1 -
Geometrická optika Optika je část fyziky, která zkoumá podstatu světla a zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla a při vzájemném působení světla a látky. Světlo je elektromagnetické
VíceCo je litografie? - technologický proces sloužící pro vytváření jemných struktur (obzvláště mikrostruktur a nanostruktur)
Co je litografie? - technologický proces sloužící pro vytváření jemných struktur (obzvláště mikrostruktur a nanostruktur) -přenesení dané struktury na povrch strukturovaného substrátu Princip - interakce
VíceElektronová mikroskopie a RTG spektroskopie. Pavel Matějka
Elektronová mikroskopie a RTG spektroskopie Pavel Matějka Elektronová mikroskopie a RTG spektroskopie 1. Elektronová mikroskopie 1. TEM transmisní elektronová mikroskopie 2. STEM řádkovací transmisní elektronová
VíceUltrazvuková defektoskopie. Vypracoval Jan Janský
Ultrazvuková defektoskopie Vypracoval Jan Janský Základní principy použití vysokých akustických frekvencí pro zjištění vlastností máteriálu a vad typické zařízení: generátor/přijímač pulsů snímač zobrazovací
VíceMetody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření
Metody využívající rentgenové záření Rentgenovo záření Rentgenografie, RTG prášková difrakce 1 2 Rentgenovo záření Vznik rentgenova záření X-Ray Elektromagnetické záření Ionizující záření 10 nm 1 pm Využívá
VíceElektronová Mikroskopie SEM
Elektronová Mikroskopie SEM 26. listopadu 2012 Historie elektronové mikroskopie První TEM Ernst Ruska (1931) Nobelova cena za fyziku 1986 Historie elektronové mikroskopie První SEM Manfred von Ardenne
VíceÚvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, 2014. Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.
Aktivní prostředí v plynné fázi. Plynové lasery Inverze populace hladin je vytvářena mezi energetickými hladinami některé ze složek plynu - atomy, ionty nebo molekuly atomární, iontové, molekulární lasery.
VíceOptická konfokální mikroskopie a mikrospektroskopie. Pavel Matějka
Optická konfokální mikroskopie a Pavel Matějka 1. Konfokální mikroskopie 1. Princip metody - konfokalita 2. Instrumentace metody zobrazování 3. Analýza obrazu 2. Konfokální 1. Luminiscenční 2. Ramanova
VíceMetody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce
Metody využívající rentgenové záření Rentgenografie, RTG prášková difrakce 1 Rentgenovo záření 2 Rentgenovo záření X-Ray Elektromagnetické záření Ionizující záření 10 nm 1 pm Využívá se v lékařství a krystalografii.
VíceMetody charakterizace
Metody y strukturní analýzy Metody charakterizace nanomateriálů I Význam strukturní analýzy pro studium vlastností materiálů Experimentáln lní metody využívan vané v materiálov lovém m inženýrstv enýrství:
VícePrincip rastrovacího konfokálního mikroskopu
Konfokální mikroskop Obsah: Konfokální mikroskop... 1 Princip rastrovacího konfokálního mikroskopu... 1 Rozlišovací schopnost... 2 Pozorování povrchů ve skutečných barvách... 2 Konfokální mikroskop Olympus
VíceEM, aneb TEM nebo SEM?
EM, aneb TEM nebo SEM? Jiří Šperka Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Brno 2. únor 2011 / Prezentace pro studentský seminář Jiří Šperka (Masarykova univerzita) SEM a TEM 2. únor 2011 1 / 21
VíceLaboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech
Laboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech Úkoly měření: 1. Odhad rozměrů mikro-objektů z informací uváděných výrobcem. 2. Záznam difrakčních obrazců (difraktogramů) vzniklých interakcí laserového
VíceMolekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS
Molekulová spektroskopie 1 Chemická vazba, UV/VIS 1 Chemická vazba Silová interakce mezi dvěma atomy. Chemické vazby jsou soudržné síly působící mezi jednotlivými atomy nebo ionty v molekulách. Chemická
VíceRentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm
Rtg. záření: Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm Vznik rtg. záření: 1. Rtg. záření se spojitým spektrem vzniká při prudkém zabrzdění urychlených elektronů.
Více13. Spektroskopie základní pojmy
základní pojmy Spektroskopicky významné OPTICKÉ JEVY absorpce absorpční spektrometrie emise emisní spektrometrie rozptyl rozptylové metody Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
VíceMĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis
MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis Ivana Krestýnová, Josef Zicha Abstrakt: Absolutní vlhkost je hmotnost
VíceSvětlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky od 390 nm do 770 nm.
1. Podstata světla Světlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky od 390 nm do 770 nm. Vznik elektromagnetických vln (záření): 1. při pohybu elektricky nabitých částic s nenulovým zrychlením
VíceZákladní pojmy a vztahy: Vlnová délka (λ): vzdálenost dvou nejbližších bodů vlnění kmitajících ve stejné fázi
LRR/BUBCV CVIČENÍ Z BUNĚČNÉ BIOLOGIE 1. SVĚTELNÁ MIKROSKOPIE A PREPARÁTY V MIKROSKOPII TEORETICKÝ ÚVOD: Mikroskopie je základní metoda, která nám umožňuje pozorovat velmi malé biologické objekty. Díky
VíceMikroskop atomárních sil
Mikroskop atomárních sil ÚVOD, VYUŽITÍ Patří do skupiny nedestruktivních metod se skenovacím čidlem Ke zobrazení není zapotřebí externí zdroj částic Zobrazuje strukturu povrchu v atomárním rozlišení ve
VícePOPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (Bl) (И) ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA ( 1S ) (SI) Int Cl* G 21 G 4/08
ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA ( 1S ) POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ 262470 (И) (Bl) (22) přihláženo 25 04 87 (21) PV 2926-87.V (SI) Int Cl* G 21 G 4/08 ÚFTAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY (40)
VíceMIKROSKOPIE JAKO NÁSTROJ STUDIA MIKROORGANISMŮ
Mikroskopické techniky MIKROSKOPIE JAKO NÁSTROJ STUDIA MIKROORGANISMŮ Slouží k vizualizaci mikroorganismů Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) Čočka zvětšující 300x Různé druhy mikroskopů, které se liší
VíceINTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.
Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II. Metody IBA (Ion Beam Analysis): pružný rozptyl nabitých částic (RBS), detekce odražených atomů (ERDA), metoda PIXE, Spektroskopie rozptýlených
Více- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence
ROZPTYLOVÉ a EMISNÍ metody - Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl - fluorescence - fosforescence Ramanova spektroskopie Každá čára Ramanova spektra je svými vlastnostmi závislá
VíceÚvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál
Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál ty i hlavní typy nepružných srážkových proces pr chodu energetických
VíceEXKURZE DO NANOSVĚTA aneb Výlet za EM a SPM. Pracovní listy teoretická příprava
EXKURZE DO NANOSVĚTA aneb Výlet za EM a SPM Pracovní listy teoretická příprava Úloha 1: První nahlédnutí do nanosvěta Novou část dějin mikroskopie otevřel německý elektroinženýr, laureát Nobelovy ceny
VíceFyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)
Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Praktikum z pevných látek (F6390) Zpracoval: Michal Truhlář Naměřeno: 13. března 2007 Obor: Fyzika Ročník: III Semestr:
VíceMetody analýzy povrchu
Metody analýzy povrchu Metody charakterizace nanomateriálů I RNDr. Věra Vodičková, PhD. 2 Povrch pevné látky: Poslední monoatomární vrstva + absorbovaná monovrstva Ovlivňuje fyzikální vlastnosti (ukončení
VíceTestování nanovlákenných materiálů. Eva Košťáková KNT, FT, TUL
Testování nanovlákenných materiálů Eva Košťáková KNT, FT, TUL Obsah přednášky Testování nanovlákenných materiálů -Vizualizace (zobrazování nanovlákenných materiálů) -Chemické složení nanovlákenných materiálů
VíceStudium vybraných buněčných linií pomocí mikroskopie atomárních sil s možným využitím v praxi
Studium vybraných buněčných linií pomocí mikroskopie atomárních sil s možným využitím v praxi Petr Kolář, Kateřina Tománková, Jakub Malohlava, Hana Kolářová, ÚLB Olomouc 2013 atomic force microscopy mikroskopie
VíceVLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník
VLNOVÁ OPTIKA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník Vlnová optika Světlo lze chápat také jako elektromagnetické vlnění. Průkopníkem této teorie byl Christian Huyghens. Některé jevy se dají
VíceAkustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou
Úloha č. 8 pro laserová praktika (ZPLT) KFE, FJFI, ČVUT, Praha v. 2017/2018 Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou Akustooptické modulátory (AOM), někdy též nazývané Braggovské
VíceMetody analýzy povrchu
Metody analýzy povrchu Metody charakterizace nanomateriálů I RNDr. Věra Vodičková, PhD. Povrch pevné látky: Poslední monoatomární vrstva + absorbovaná monovrstva Ovlivňuje fyzikální vlastnosti (ukončení
VíceAkustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou
Úloha č. 8 pro laserová praktika KFE, FJFI, ČVUT v Praze, verze 2010/1 Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou Akustooptické modulátory (AOM), někdy též nazývané Braggovské cely,
VíceZákladní pojmy Zobrazení zrcadlem, Zobrazení čočkou Lidské oko, Optické přístroje
Optické zobrazování Základní pojmy Zobrazení zrcadlem, Zobrazení čočkou Lidské oko, Optické přístroje Základní pojmy Optické zobrazování - pomocí paprskové (geometrické) optiky - využívá model světelného
VíceZdroje optického záření
Metody optické spektroskopie v biofyzice Zdroje optického záření / 1 Zdroje optického záření tepelné výbojky polovodičové lasery synchrotronové záření Obvykle se charakterizují zářivostí (zářivý výkon
VíceJaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký. Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený
Jan Olbrecht Jaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený Jaký typ lomu nastane při průchodu světla z opticky
Více10/21/2013. K. Záruba. Chování a vlastnosti nanočástic ovlivňuje. velikost a tvar (distribuce) povrchové atomy, funkční skupiny porozita stabilita
Chování a vlastnosti nanočástic ovlivňuje velikost a tvar (distribuce) povrchové atomy, funkční skupiny porozita stabilita K. Záruba Optická mikroskopie Elektronová mikroskopie (SEM, TEM) Fotoelektronová
VíceElektronová mikroskopie a mikroanalýza-2
Elektronová mikroskopie a mikroanalýza-2 elektronové dělo elektronové dělo je zařízení, které produkuje elektrony uspořádané do svazku (paprsku) elektrony opustí svůj zdroj katodu- po dodání určité množství
VíceÚvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv Pavel Matějka, Vadym Prokopec pavel.matejka@vscht.cz pavel.matejka@gmail.com Vadym.Prokopec@vscht.cz
VíceSKENOVACÍ (RASTROVACÍ) ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE
SKENOVACÍ (RASTROVACÍ) ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE Klára Šafářová Centrum pro výzkum nanomateriálů, Olomouc 4.12. Workshop: Mikroskopické techniky SEM a TEM Obsah historie mikroskopie proč právě elektrony
VíceSpektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie
Spektrometrické metody Reflexní a fotoakustická spektroskopie odraz elektromagnetického záření - souvislost absorpce a reflexe Kubelka-Munk funkce fotoakustická spektroskopie Měření odrazivosti elmg záření
VíceFluorescence (luminiscence)
Fluorescence (luminiscence) Patří mezi luminiscenční metody fotoluminiscence. Luminiscence efekt, kdy excitované molekuly či atomy vyzařují světlo při přechodu z excitovaného do základního stavu. Podle
VíceChemické senzory Principy senzorů Elektrochemické senzory Gravimetrické senzory Teplotní senzory Optické senzory Fluorescenční senzory Gravimetrické chemické senzory senzory - ovlivňov ování tuhosti pevného
VíceTypy světelných mikroskopů
Typy světelných mikroskopů Johann a Zacharias Jansenové (16. stol.) Systém dvou čoček délka 1,2 m 17. stol. Typy světelných mikroskopů Jednočočkový mikroskop 17. stol. Typy světelných mikroskopů Italský
VíceC Mapy Kikuchiho linií 263. D Bodové difraktogramy 271. E Počítačové simulace pomocí programu JEMS 281. F Literatura pro další studium 289
OBSAH Předmluva 5 1 Popis mikroskopu 13 1.1 Transmisní elektronový mikroskop 13 1.2 Rastrovací transmisní elektronový mikroskop 14 1.3 Vakuový systém 15 1.3.1 Rotační vývěvy 16 1.3.2 Difúzni vývěva 17
VíceTestování nanovlákenných materiálů
Testování nanovlákenných materiálů Vizualizace Eva Košťáková KNT, FT, TUL Obsah přednášky Testování nanovlákenných materiálů -Vizualizace (zobrazování nanovlákenných materiálů) -Chemické složení nanovlákenných
VíceLEED (Low-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s nízkou energií)
LEED (Low-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s nízkou energií) RHEED (Reflection High-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s vysokou energií na odraz) Úvod Zkoumání povrchů pevných
VíceTransmisní elektronová mikroskopie Skenovací elektronová mikroskopie Mikroskopie skenující sondou. Mikroskopické metody SEM, TEM, AFM
Mikroskopické metody SEM, TEM, AFM Rozlišení v optické mikroskopii důvod pro vyvíjení nových technik omezení rozlišení světelné mikroskopie nejmenší vzdálenost dvou bodů, kterou ještě rozlišíme závisí
VíceNauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky
Nauka o materiálu Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky Opakování z minula Materiál Degradační procesy Vnitřní stavba atomy, vazby Krystalické, amorfní, semikrystalické Vlastnosti materiálů chemické,
VíceMikroskopie atomárních sil
Mikroskopie atomárních sil Roman Kubínek, Milan Vůjtek, Renata Holubová Katedra experimentální fyziky přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci 1 Úvod V řadě oblastí vědy a techniky se usiluje
VíceChemie a fyzika pevných látek p2
Chemie a fyzika pevných látek p2 difrakce rtg. záření na pevných látkch, reciproká mřížka Doporučená literatura: Doc. Michal Hušák dr. Ing. B. Kratochvíl, L. Jenšovský - Úvod do krystalochemie Kratochvíl
VíceSpektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie
Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie Metody charakterizace nanomateriálů I RNDr. Věra Vodičková, PhD. rentgenová spektroskopická metoda k určen
VíceSpektrální charakteristiky
Spektrální charakteristiky Cíl cvičení: Měření spektrálních charakteristik filtrů a zdrojů osvětlení 1 Teoretický úvod Interakcí elektromagnetického vlnění s libovolnou látkou vzniká optický jev, který
VíceLuminiscence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence. chemicky (chemiluminiscence)
Luminiscence Luminiscence emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence chemicky (chemiluminiscence) teplem (termoluminiscence) zvukem (sonoluminiscence)
VíceFotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát
Michal Veselý, 00 Základní části fotografického aparátu tedy jsou: tělo přístroje objektiv Pochopení funkce běžných objektivů usnadní zjednodušená představa, že objektiv jako celek se chová stejně jako
VíceZavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_10_Zobrazování optickými soustavami 1
Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_10_Zobrazování optickými soustavami 1 Ing. Jakub Ulmann Zobrazování optickými soustavami 1. Optické
VíceK AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ
ČESKOSLOVENSKÁ SOCIALISTICKÁ R E P U B L I K A ( 19 ) POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ (Ы) (23) Výstavní priorita (22) Přihlášeno 03 11 82 (21) pv 7798-82 229 332 ('i) (Bl) (51) Int. Cľ G 01 N 1/20,
VíceTELEVIZNÍ ZÁZNAM A REPRODUKCE OBRAZU
TELEVIZNÍ ZÁZNAM A REPRODUKCE OBRAZU Hystorie Alexander Bain (Skot) 1843 vynalezl fax (na principu vodivé desky s napsaným textem nevodivým, který se snímal kyvadlem opatřeným jehlou s posunem po malých
Více5.3.5 Ohyb světla na překážkách
5.3.5 Ohyb světla na překážkách Předpoklady: 3xxx Světlo i zvuk jsou vlnění, ale přesto jsou mezi nimi obrovské rozdíly. Slyšíme i to, co se děje za rohem x Co se děje za rohem nevidíme. Proč? Vlnění se
VíceOtázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu
Otázky z optiky Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu ) o je světlo z fyzikálního hlediska? Jaké vlnové délky přísluší viditelnému záření? - elektromagnetické záření (viditelné záření) o vlnové délce
VíceMikroskopie skenující sondou: teorie a aplikace
Mikroskopie skenující sondou: teorie a aplikace Úvod SPM scanning probe microscopy mikroskopie skenující sondou Soubor experimentálních metod určených ke studiu struktury povrchu s atomárním rozlišením
VíceIntegrita povrchu a její význam v praktickém využití
Integrita povrchu a její význam v praktickém využití Michal Rogl Obsah: 7. Válečkování články O. Zemčík 9. Integrita povrchu norma ANSI B211.1 1986 11. Laserová konfokální mikroskopie Válečkování způsob
VíceSpektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti
Spektroskopické metody převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti Elektromagnetické záření Elektromagnetické záření je postupné vlnění elektromagnetického pole složeného z kombinace
VíceNázev a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA
Název a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA OPTIKA ZÁKLADNÍ POJMY Optika a její dělení Světlo jako elektromagnetické vlnění Šíření světla Odraz a lom světla Disperze (rozklad) světla OPTIKA
Více25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C.. +10000 C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory
25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie Bezdotykové měření Pyrometrie (obrázky viz. sešit) Bezdotykové měření teplot je měření povrchové teploty těles na základě elektromagnetického záření mezi tělesem
VíceFyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole
Fyzika II, FMMI 1. Elektrostatické pole 1.1 Jaká je velikost celkového náboje (kladného i záporného), který je obsažen v 5 kg železa? Předpokládejme, že by se tento náboj rovnoměrně rozmístil do dvou malých
VíceLuminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)
Luminiscence Luminiscence emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence chemicky (chemiluminiscence) teplem (termoluminiscence) zvukem (sonoluminiscence)
VíceFOTOAKUSTIKA. Vítězslav Otruba
FOTOAKUSTIKA Vítězslav Otruba 2010 prof. Otruba 2 The spectrophone 1881 A.G. Bell návrh a Spektrofonu (spectrophone) pro účely posouzení absorpčního spektra subjektů v těch částech, které jsou neviditelné.
Více