Overordnede kursusmål:

I forskning og udvikling inden for nye bæredygtige energimaterialer har en klasse af materialer, de såkaldt funktionelle materialer, vist sig særligt lovende. De funktionelle materialer er materialer hvor deres funktion, f.eks. omdannelse af solenergi til strøm eller strøm til brint, er direkte relateret til deres struktur og sammensætning. De komplicerede fysiske og kemiske processer bag energikonverteringen er direkte forbundet med de funktionelle materialers struktur på nano- eller mikroskala, og det er derfor afgørende at kunne analysere materialerne med avancerede billeddannende (imaging) teknikker, der giver kvantitative data, f.eks. elektronmikroskopi (skanningselektronmikroskopi, SEM, "focused ion beam"-mikroskopi, FIB, og transmissionselektronmikroskopi, TEM). Formålet med kurset er, at de studerende sættes i stand til at forstå og vurdere anvendeligheden af forskellige billeddannende teknikker til materialeanalyse på nano- og mikroskala, der anvendes både af industrien og i forskningen, og at foreslå den bedste kombination af analyseteknikker ved brug af SEM eller TEM i en given problemstilling relateret til egenskaberne af funktionelle energimaterialer.

Læringsmål:

En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Beskrive de fundamentale mekanismer bag strålegangen og billeddannelsen for elektroner i et elektronmikroskop (SEM og TEM)
• Sammenligne og diskutere fordele og ulemper ved 2D versus 3D og ex-situ versus in-situ elektronmikroskopistudier
• Forudsige og perspektivere de bedste mikroskopbetingelser for en given prøve baseret på simuleringer af elektron-materialevekselvirkninger og de tilhørende detektorsignaler
• Betjene en type af SEM eller TEM i forbindelse med praktisk analytisk billeddannelse af et udvalgt energimateriale for at identificere dets sammensætning og mikrostruktur
• Demonstrere ved brug af eksempler hvordan analytisk billeddannelse (kvantitativ og kvalitativ) bidrager til udviklingen af energimaterialer
• Udvælge og perspektivere den bedste portefølje af prøvegeometri (herunder prøveforberedelse) og analytiske SEM og TEM billeddannende teknikker til løsning af en given problemstilling relateret til de strukturelle eller morfologiske egenskaber af funktionelle energimaterialer
• Redegøre for de mulige fejlkilder relateret til valget af prøveforberedelses- og SEM/TEM-teknikker i en given materialeanalyse
• Udføre en litteratursøgning og udvælge, analysere, kritisere og præsentere de væsentligste konklusioner i en relevant videnskabelig artikel om brugen af elektronmikroskopi till analyse af et energimateriale.

Kursusindhold:

Kurset er bygget op om en kombination af teoretiske forelæsninger, regneøvelser og case studier, der behandles i mindre projektgrupper. Forelæsningerne giver de fysiske mekanismer for vekselvirkningen mellem elektroner og faste stoffer samt de relaterede principper bag analyseteknikkerne. Regneøvelserne skal træne forståelsen og anvendelsen af analyseteknikkerne, og case studierne, der tager udgangspunkt i aktuelle problemstillinger i forståelsen af bæredygtige energimaterialer, skal give de studerende mulighed for at analysere, forklare og konkludere i forhold til hvilke analytiske billeddannende teknikker, der med fordel kan anvendes i en given problemstilling.

Litteraturhenvisninger:

Goldstein, Newbury, Joy, Lyman, Echlin, Lifshin, Sawyer, and Michael: "Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis", 3rd Ed. (2003), Williams and Carter: "Transmission Electron Microscopy; A Textbook for Materials Science", 2nd Ed. (2009), og supplerende materiale (artikler og reviews)

Bemærkninger:

Forslag til relateret kursus er 10250.

Mulighed for GRØN DYST deltagelse:

Dette kursus giver den studerende en mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk

Kursusansvarlig:

Luise Theil Kuhn , Risø Campus, Bygning 780, Tlf. (+45) 4677 4712 , luku@dtu.dk
Jacob R. Bowen , Risø Campus, Bygning 780, Tlf. (+45) 4677 4720 , jrbo@dtu.dk