47311 Analytisk imaging af energimaterialer med elektronmikroskopi

2019/2020

Dette kursus giver den kommende ingeniør en anvendelsesorienteret tilgang til brug af elektronmikroskopi til forbedring af energimaterialer. Kurset er tilrettelagt med en tværfaglig tilgang.
Kursusinformation
Analytical imaging of energy materials by electron micrsocopy
Engelsk
5
Kandidat
Kurset udbydes som enkeltfag
E5A (ons 8-12)
Campus Lyngby
Tre eksperimentelle øvelser vil foregå på DTU Risø Campus.
Forelæsninger, regneøvelser og case studier
Løbende elektronisk feedback fra studerende via DTU Inside opsamles hvert modul, og der vil være pre-evaluering og midtvejsevaluering undervejs i kurset som feedback til både studerende og undervisere.
13-uger
E5A
Mundtlig eksamen og bedømmelse af rapport(er)
Godkendelse af skriftlige afleveringsopgaver undervejs i kurset er en forudsætning for at deltage i eksamen. Kurset bedømmes som en helhedsvurdering af afsluttende projektrapport og mundtlig eksamen.
20 min.
Alle hjælpemidler er tilladt
7-trins skala , ekstern censur
10250
Bachelor i Fysik og Nanoteknologi, Kemi og Teknologi, Produktion og Konstruktion, Elektroteknologi og lign.
Minimum 8 Maksimum: 15
Jacob R. Bowen , Lyngby Campus, Bygning 310, Tlf. (+45) 4677 4720 , jrbo@dtu.dk
Søren Bredmose Simonsen , Lyngby Campus, Bygning 310 , sobrs@dtu.dk
47 Institut for Energikonvertering- og lagring
I studieplanlæggeren
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
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