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),
transmissionselektronmikroskopi (TEM), energidispersivspektroskopi
(EDS), og "focused ion beam"-mikroskopi (FIB)). 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, samt 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:
- Fortolke vekselvirkninger mellem elektroner og energimaterialer
i forbindelse med SEM og TEM, for eksempel ud fra
computersimuleringer
- Præparere energimaterialer til analyse i elektronmikroskoper og
redegøre for hvilken præparationsmetode, der er optimal
- Beskrive vekselvirkninger mellem elektroner og komponenter i
SEM og TEM, for eksempel detektorer
- Redegøre for forskelle og ligheder af information fra
forskellige detektorer samt redegøre for de forskellige detektorers
begrænsninger
- Benytte software til kvantitativ analyse af
grundstofsammensætningen af et energimateriale ud fra EDS data
- Bestemme krystallografiske parametre ved hjælp af
elektrondiffraktion
- Anvende kvantitative målemetoder på mikroskopibilleder og opnå
statisk underbyggede resultater
- Optimere betingelserne/teknikkerne som
elektronmikroskopibillederne af et relevant materiale optages ved
ud fra teori om mikroskopet og dets detektorer ved brug af mindst
en type SEM- eller TEM-teknik
- Redegøre for de fejlkilder, der relaterer sig til en given
præparationsmetode eller SEM-/TEM-teknik
- Planlægge og udføre en undersøgelse af et energimateriale og
samle resultater fra forskellige mikroskopiteknikker for at kunne
konkludere, rapportere og præsentere et studium af et
energimateriale
- Redegøre for fordele og ulemper ved 2D vs. 3D metoder, samt ex
situ- vs. in situ-metoder i mikroskopistudier
- Udføre litteraturstudier, herunder kritisk at kunne udvælge,
analysere og præsentere det vigtigste indhold fra relevante
videnskabelige studier af energimaterialer, hvor elektronmikroskopi
spiller en væsentlig rolle
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.
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
Kompendium inkl. supplerende materiale (artikler og reviews),
Goldstein, Newbury, Joy, Lyman, Echlin, Lifshin, Sawyer, and
Michael: "Scanning Electron Microscopy and X-ray
Microanalysis", 4th Ed. (2018), Williams and Carter:
"Transmission Electron Microscopy; A Textbook for Materials
Science", 2nd Ed. (2009). Undervisningsmaterialet er gratis
tilgængelig for den studerende via fx
www, DTU Bibliotek, DTU Inside.
Bemærkninger
Hvis dette kursus bliver overtegnet, anbefaler vi de studerende at
tage kursus 10250.
Kurset indgår i NordicFiveTech uddannelsen Innovative Sustainable
Energy Engineering.
Sidst opdateret
26. april, 2019