Elektronová mikroskopie II

Podobné dokumenty
2. Difrakce elektronů na krystalu

C Mapy Kikuchiho linií 263. D Bodové difraktogramy 271. E Počítačové simulace pomocí programu JEMS 281. F Literatura pro další studium 289

Difrakce elektronů v krystalech, zobrazení atomů

Difrakce elektronů v krystalech a zobrazení atomů

Metody charakterizace

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

DIFRAKCE ELEKTRONŮ V KRYSTALECH, ZOBRAZENÍ ATOMŮ

Krystalografie a strukturní analýza

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

Teorie rentgenové difrakce

1 Teoretický úvod. 1.2 Braggova rovnice. 1.3 Laueho experiment

Chemie a fyzika pevných látek l

RTG difraktometrie 1.

Chemie a fyzika pevných látek p2

M I K R O S K O P I E

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Přednáška č. 3. Strukturní krystalografie, krystalové mřížky, rentgenografické metody určování minerálů.

Dualismus vln a částic

Techniky mikroskopie povrchů

Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM

Princip práškové metody Prášková metoda slouží k určení hodnot mřížkových parametrů krystalické mřížky dané krystalické látky.

Fyzika II. Marek Procházka Vlnová optika II

Optika pro mikroskopii materiálů I

F7030 Rentgenový rozptyl na tenkých vrstvách

MŘÍŽKY A VADY. Vnitřní stavba materiálu

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

Proč elektronový mikroskop?

Rentgenografické difrakční určení mřížového parametru známé kubické látky

Electron BackScatter Diffraction (EBSD)

Fourierovské metody v teorii difrakce a ve strukturní analýze

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

Možnosti rtg difrakce. Jan Drahokoupil (FZÚ) Zdeněk Pala (ÚFP) Jiří Čapek (FJFI)

Laboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech

CHARAKTERIZACE MATERIÁLU POMOCÍ DIFRAKČNÍ METODY DEBYEOVA-SCHERREROVA NA ZPĚTNÝ ODRAZ

4 ZKOUŠENÍ A ANALÝZA MIKROSTRUKTURY

Difrakce elektronů v polykrystalické mřížce (Debye-Scherrerova difrakce)

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Mikroskopie rastrující sondy

LEED (Low-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s nízkou energií)

Kvantitativní fázová analýza

Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie

Mikroskopické metody Přednáška č. 3. Základy mikroskopie. Kontrast ve světelném mikroskopu

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_10_Zobrazování optickými soustavami 1

Vlnová délka světla je cca 0,4 µm => rozlišovací schopnost cca. 0,2 µm 1000 x víc než oko

5.3.5 Ohyb světla na překážkách

MĚŘENÍ VLNOVÝCH DÉLEK SVĚTLA MŘÍŽKOVÝM SPEKTROMETREM

Praktikum III - Optika

Mřížkové parametry a chvála nomogramů

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu

Cvičení Kmity, vlny, optika Část interference, difrakce, fotometrie

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

Lasery RTG záření Fyzika pevných látek

18 Podmínky pro směry hlavních difrakčních maxim při difrakci na mřížkách

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

(1 + v ) (5 bodů) Pozor! Je nutné si uvědomit, že v a f mají opačný směr! Síla působí proti pohybu.

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

Fyzika 2 - rámcové příklady vlnová optika, úvod do kvantové fyziky

Úloha 10: Interference a ohyb světla

Fyzikální korespondenční seminář UK MFF 22. II. S

Bodový zdroj světla A vytvoří svazek rozbíhajících se paprsků, které necháme projít optickou soustavou.

Úloha 3: Mřížkový spektrometr

Základní pojmy Zobrazení zrcadlem, Zobrazení čočkou Lidské oko, Optické přístroje

Světlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky od 390 nm do 770 nm.

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

Optická konfokální mikroskopie a mikrospektroskopie. Pavel Matějka

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

OPTIKA - NAUKA O SVĚTLE

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Laboratorní práce č. 3: Měření vlnové délky světla

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Typy interakcí, základy elektronové difrakce, metody LEED a RHEED

Praktikum školních pokusů 2

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii

Elektronová mikroanalýz Instrumentace. Metody charakterizace nanomateriálů II

Digitální učební materiál

7 FYZIKÁLNÍ OPTIKA. Interference Ohyb Polarizace. Co je to ohyb? 27.2 Ohyb

Vlnové vlastnosti světla. Člověk a příroda Fyzika

Elektronová mikroskopie a mikroanalýza-2

Pozitronový mikroskop

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

Geometrická optika. Optické přístroje a soustavy. převážně jsou založeny na vzájemné interakci světelného pole s látkou nebo s jiným fyzikálním polem

Kapitola 3.6 Charakterizace keramiky a skla POVRCHOVÉ VLASTNOSTI. Jaroslav Krucký, PMB 22

Geometrická optika. předmětu. Obrazový prostor prostor za optickou soustavou (většinou vpravo), v němž může ležet obraz

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

Základní pojmy. Je násobkem zvětšení objektivu a okuláru

Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

Elektronová Mikroskopie SEM

GEOMETRICKÁ OPTIKA. Znáš pojmy A. 1. Znázorni chod význačných paprsků pro spojku. Čočku popiš a uveď pro ni znaménkovou konvenci.

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE V TEXTILNÍ METROLOGII

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

Čočky Čočky jsou skleněná (resp. plastová) tělesa ohraničená rovinnými nebo kulovými plochami. Pracují na principu lomu. 2 typy: spojky rozptylky

Fyzika IV. -ezv -e(z-zv) kov: valenční elektrony vodivostní elektrony. Elektronová struktura pevných látek model volných elektronů

Transkript:

Elektronová mikroskopie II Metody charakterizace nanomateriálů I RNDr. Věra Vodičková, PhD.

Transmisní elektronová mikroskopie TEM Informace zprostředkována prošlými e - (TE, DE) Umožň žňuje studium vnitřní struktury materiálu (dislokace, vrstevné chyby) Vyžaduje transparentní vzorky, tloušťka cca 10 0-10 1 nm (fólie nebo repliky speciální příprava) Lepší rozlišovací schopnost než REM (nemusí být pravidlem) 2

Schema transmisního mikroskopu, konstrukční prvky Konstrukce analogická jako u REM s výjimkou umístění vzorku Zdroj e - katoda (žhavená nebo autoemisní) Zobrazovací systém systém elmagčoček (kondenzor, objektiv, projektor) Obraz skutečným mikroskopickým obrazem Zviditelnění na stínítku s vrstvou luminoforu 3

Tvorba a interpretace obrazu EM difraktograf TEM Tj. optický systém promítá na stínítko buď difrakční obrazec nebo obraz vzorku SAD = selektivní difrakce difrakce z vybranéčásti vzorku (realizace selektivní clonou ) Přesnost SAD klesá s úhlem difrakce vznik obrazce v zadní ohniskové rovině vznik obrazce v obrazové rovině Informace o krystalové mřížce 4

Tvorba a interpretace obrazu obraz vzorku difrakční obrazec 5

Tvorba a interpretace obrazu Difrakční obrazec v TEM zvětšován zvětšení popisuje DIFRAKČNÍ KONSTANTA K (difraktografický faktor) Pro malé difrakční úhly (2θ 2 sinθ tg 2θ) platí pro vzdálenost primárního a difraktovaného svazku R = Ltg2θ = L2θ Dosazením z Braggovy rovnice K = Rdhkl = λl 6

Tvorba a interpretace obrazu Základní způsoby zobrazení vymezením jednoho nebo několika svazků, které vytvářejí obraz na stínítku Vymezením pouze přímého svazku obraz ve světlém poli (BF) Vymezením jednoho z difraktovaných svazků tmavé pole (DF) Naklopením dop. svazku e - (aby optickou osou EM procházel jeden z difraktovaných svazků) středěné TP Kontrast v TEM: Rozptylový vzniká na základz kladě rozdílů v intenzitě rozptylu Difrakční v difrakčním m režimu 7

Tvorba a interpretace obrazu Vznik rozptylového kontrastu Aproximace exponenciálního zákona absorpce: pp. monochromatický svazek e -, kolmý dopad na tenký vzorek, atomy jednoho druhu, rozložení v objemu náhodné. Rozptyl nekoherentní a pružný rozptylové jevy náhodné a nezávislé. Pak Celková intenzita transmitovaného svazku I = I e σ st a σ 0 s = N0ρ σ Ar Max tloušťka vzorku použitelná pro TEM je dána podmínkou 0,5 σ t s Tedy: kontrast se pozoruje jako částečná změna v hustotě rozptýlených e -, je definován parametry σ s a t 1 8

Difrakční obrazce v TEM Informace o krystalové stavbě (typ mřížky, m parametr ) Soustředné kružnice polykrystalické vzorky Pravidelné bodové obrazce tenké monokrystaly Kikuchiho linie silnější monokrystaly Difrakce na monokrystalech - bodové difraktogramy Obrazec obraz roviny RM k Každá stopa reprezentuje soustavu rovin Indexování přiřazení indexů hkl každé stopě podle vzdáleností od stopy centrální (ze známé difrakční konstanty) přiřazení obecných indexů (konkrétní kombinace se určí ze součinu s Burgersovým vektorem) Pro indexování stop z vysokoindexové zóny proměření úhlů mezi vektory 9

Difrakční obrazce v TEM Indexování značně usnadňují Kikuchiho linie rovnoběžné světlé a tmavé linie, při naklápění vzorku mění polohu vznik spojen s neelastickým rozptylem e - do všech možných směrů (linie průsečíky kuželových ploch od dodatečně braggovsky difraktovaných a neelasticky rozptýlených e - s reflexní koulí). soustava K. linií charakterizuje krystalografii vzorku stopy od krystalových rovin půlí vzdálenost mezi odpovídajícími liniemi. k rychlé orientaci v krystalografii vzorku mapy Kikuchiho linií 10

Difrakční obrazce v TEM Difrakce na polykrystalech -kruhové difraktogramy Hustota bodů ~ počtu zrn v jednotkovém objemu a velikosti selektivní clony (vymezuje-li SAD oblast s velkým počtem zrn obsazení kulových ploch spojité). Zvětšení zrn, zmenšení clony rozpad kroužků na body Indexování kružnic: posloupnost poloměrů musí odpovídat posloupnosti d hkl vzorku. 11

Difrakční obrazce v TEM Mimořádn dné difrakční stopy jemnější struktura difrakčního obrazce rozšíření, prodloužení stop, satelitní nebo mimořádné stopy Příčiny vzniku obecně tvar částic deformace a poruchy Příklady: Dvojitá difrakce mimořádné stopy Uspořádání na dlouhou vzdálenost zakázané reflexe Plošné poruchy rozštěpení stop Teplotní kmity Bodové poruchy Ohyb Spinodální rozpad Satelitní stopy (z periodických a modulovaných struktur) 12

Příprava vzorků pro TEM Fólie pro studium vnitřní struktury, tenké transparentní vzorky - ztenčování materiálu broušením a leštěním - finální ztenčení elektrochemicky nebo iontovým bombardováním Repliky otisky pro detailní studium povrchu materiálu, z materiálu dokonale kopírujícího povrch (uhlíkové nebo plastové kolodium, formvar). Podle postupu výroby repliky jednostupňové, dvoustupňové nebo extrakční. 13

Příprava fólií pro TEM 14

Příklady využití TEM (fólie) Studium dislokační struktury Studium hranic zrn Identifikace fází 15

Příprava replik pro TEM Dvoustupňová replika Jednostupňová replika Stínování 16

Příklady využit ití TEM - repliky Replika-beinit Extrakční replika 17

Využití TEM při studiu nanomateriálů Nanočástice Fe Nanovrstvy Nanokompozit

HRTEM (High Resolution TEM) Umožňuje zobrazení jednotlivých atomů v krystalové mřížce Poskytuje informace o uspořádání atomů a poruchách krystalové mříže Nutno orientovat vzorek tak, aby zobrazované sloupce atomů byly II se směrem primárního svazku 19

HRTEM (High Resolution TEM) TEM HRTEM

HRTEM (High Resolution TEM) Amorfní Ge Krystalová mřížka Au

TEM vs HRTEM Nanočástice Ni-Pt TEM (a,c), HRTEM (b,d)

TEM vs HRTEM Krystal brookitu TEM (a,b) a HRTEM (c,d)

SEM vs HRTEM Nano SiO 2

Elektronová difrakce Charakteristiky, rozdíly oproti rtg difrakci Difrakce e - rozptyl na atomech krystalové mříže rozptylující hmotou elektrostatický potenciál ϕ(r ), u rtg difrakce: elektronová hustota n(r ) Difraktovaná intenzita pro pro e - záření asi 10 6 x vyšší! expozice elektronogramů mnohem kratší (s) Obor úhlu rozptylu velmi omezený (θ<3-5 ) difrakční maxima registrována jen v úzké oblasti kolem prim. svazku Dosažitelná přesnost měření (mříž. parametrů) nižší než u rtg difrakce ( λ e dána urychlovacím napětím, λ rtg =konst) Lze analyzovat i velmi malá množství materiálu, ale mimořádné požadavky na čistotu (vlastní difrakční diagram nečistoty - zkreslení) 25

Elektronová difrakce Charakteristiky, rozdíly oproti rtg difrakci Braggův vztah pro e - difrakci: Stejně jako u difrakce rtg záření musí platit Braggův zákon pro e - difrakci θ B <3-5 pak lze sin θ B θ B Braggova podmínka pro e - difrakci 2d hkl θ = nλ Pro e - s U =100kV d=0,2 nm, λ= 0,004nm θ B 1 difrakční roviny jsou téměř II e svazkem dopadajících e ( elektronogram řez rovinou RM ) 26

Metody elektronové difrakce Výběrová (selektivní) difrakce pro kovy, nerosty (d<2,5-4 nm). Použití selektivní clony zvětšení obrazu vzorku, lepší vymezení oblasti, ze které chceme zachytit difrakci Difrakce s vysokým rozlišením umístění vzorku pod projektorem potlačení vad zobrazení, lepší rozlišení Maloúhlová difrakce pro materiály s d=2 200 nm Difrakce na odraz pro povrchové vrstvy, např. oxidy Difrakce s využitím rastrování pro vzorky, které se příliš ohřívají nebo v nich probíhají nějaké procesy 27

Poruchy krystalové mříže a) chemické bodové b) čarové strukturní plošné 28

Zobrazení mřížkových poruch v TEM 29

Strukturní krystalografie využití difrakce záření na krystalu 30

Braggova rovnice popis difrakce zářenz ení na krystalu Braggova rovnice difrakce jako odraz na atomových rovinách interference nastává mají-li vlny rozptýlené v rovnoběžných atomových rovinách stejnou fázi (je-li jejich dráhový rozdíl roven n- násobku λ) Tedy : 2d hkl sin Θ = nλ Rovnice splněna jen pro určité hodnoty Θ! 31