Overordnede kursusmål
Kurset giver de studerende overblik over, hvordan
elektronmikroskopi kan bruges til at karakterisere struktur,
sammensætning, morfologi og struktur i materialer på længdeskalaer,
der spænder fra mikro til atomar skala. Historisk set har
elektronmikroskopi været et grundlæggende redskab til at forstå
sammenhængen mellem struktur og egenskaber i metaller, keramik,
halvledere og grænseflader i kompositmaterialer. Kvantitativ
information fra elektronmikroskopi er essentiel for udvikling af
teknologi inden for mange anvendelser, f.eks. til katalyse,
elektrokemiske teknologier til høstning, konvertering og lagring af
grøn energi, materialer til foto- og plasmonteknologi, magnetiske
materialer og materialer til kvantecomputing.
Elektronmikroskopi i dens forskellige former (SEM, TEM, STEM,
elektrondiffraktion) suppleret med spektroskopiske metoder (EDS,
EELS) sammen med teknikker til prøvepræparation er en stærk
platform til karakterisering, når man skal løse virkelige
materialeproblemer inden for industri og forskning.
Dette kursus giver deltagerne mulighed for at identificere de
teknikker inden for elektronmikroskopi, der bedst løser specifikke
opgaver. Deltagerne lærer at forstå og fortolke mikroskopibilleder,
diffraktionsmønstre, spektre og andre typer data, som kan opsamles
med et moderne elektronmikroskop. Kurset lærer de studerende
grundlæggende elementer i elektronmikroskopi og viser
elektronmikroskopiens potentiale. Deltagerne får hands-on erfaring
med at optage, behandle, fortolke og kvantificere data.
SEM: scanning elektronmikroskopi, TEM: transmission
elektronmikroskopi, STEM: scanning transmission elektronmikroskopi,
EDS: energidispersiv røntgenspektroskopi, EELS: elektron
energitabsspektroskopi
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
- Forklare hvordan de forskellige optiske dele af et mikroskop
styrer elektronstrålens egenskaber fra elektronkanonen til prøven
og til detektorerne
- Forklare hvordan et billede dannes i TEM, SEM og STEM.
Identificere forskellige kontrast mekanismer og almindelige
artifacts.
- Definere begrebet "transfer function" og forklare
dets rolle i dannelse af billeder
- Forklare de fysiske processer bag sekundære og backscatter
elektroner og karakteristiske røntgenstråler bulk SEM-prøver.
Identificere signalernes vigtigste egenskaber som f.eks. energi,
intensitet og emisionsdybde
- Identificere spredningsprocesser i tynde TEM-prøver (elastiske
og ikke-elastiske), der opstår, når elektroner støder på et
materiale, og illustrere hvordan spredning af elektroner bliver til
de signaler, vi kan registrere og analysere
- Fortolke eksperimentelle data såsom diffraktionsmønstre,
spektre og billeder, som er optaget i laboratorierne eller dannet
med simuleringssoftware
- Skelne Bragg-diffraktion fra andre spredningsprocesser og se
forskel på diffraktionsdata fra enkeltkrystaller, polykrystallinske
og amorfe materialer samt bestemme krystallografiske parametre fra
elektrondiffraktionsdata
- Identificere korrekte metoder til prøveforberelse til SEM og
TEM
- Udføre eksperimenter med diffraktion og mikroskopi,
kvantificere mikrostrukturer samt estimere usikkerheder
- Udføre EDS-målinger, måle grundstofkoncentrationer i prøver,
skelne mellem de fysiske processer bag EDS og estimere
nøjagtigheden af EDS-målinger i SEM og TEM
- Optage et EELS-spektrum og bestemme kemisk information fra
det
- Evaluere teknikker inden for elektronmikroskopi for at kunne
anvende den mest passende metode eller kombination af metoder til
kvantificering af mikro- og nanostrukturer i og
grundstofsammensætning af materialer
Kursusindhold
Dette kursus introducerer scanning og
transmissionselektronmikroskopi som grundlæggende værktøjer til at
undersøge stof på alle relevante skalaer fra mm til sub-nm. De
studerende lærer driftsprincipperne for mikroskoperne med vægt på,
hvordan billeder dannes, hvilken type fysisk information de
indeholder, hvordan informationen påvirkes af instrumentelle
mangler, og hvordan man kan hente og kvantificere informationen.
Emnerne vil omfatte:
• Elektronoptik (hvad mikroskopet gør med elektronstrålen)
• Elektron-stof-interaktioner, spredningsteori (hvad prøven gør med
elektronstrålen)
• Billeddannelsesteori (hvordan et billede dannes i SEM og TEM)
• Billeddannelsesmetoder i TEM og STEM (bright-field, dark-field,
diffraktion, høj opløsning, fasekontrast)
• Spektroskopiske metoder (EDX og EELS)
• Prøveforberedelse (hvilke kriterier der skal være opfyldt for at
have levedygtige prøver, som vi kan undersøge)
• Labøvelser i små projektgrupper
Kurset er baseret på en kombination af teoretiske forelæsninger,
laboratorieøvelser, numeriske og billedbaserede øvelser. Viden fra
forelæsningerne bruges til at udtrække information om materialers
struktur og sammensætning og sammenfattes i projektrapporten.
Kurset giver de studerende færdigheder til at analysere, forklare
og konkludere med hensyn til avancerede teknikker inden for
elektronmikroskopi.
Litteraturhenvisninger
Læsestof (artikler, kapitler fra bøger, osv.) og andet
baggrundsmaterialer udleveres online gennem DTU Learn.
Bemærkninger
Dette kursus er en sammenlægning af kurserne 10250 og 47311.
Sidst opdateret
04. maj, 2023