PředmětyPředměty(verze: 850)
Předmět, akademický rok 2019/2020
  
Elektronová mikroskopie a mikroskopie SPM/AFM - MC260P103
Anglický název: Electron Microscopy and Microscopy SPM/AFM
Český název: Elektronová mikroskopie a mikroskopie SPM/AFM
Zajišťuje: Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
Fakulta: Přírodovědecká fakulta
Platnost: od 2019
Semestr: zimní
E-Kredity: 4
Způsob provedení zkoušky: zimní s.:ústní
Rozsah, examinace: zimní s.:2/1 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: 3
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Garant: doc. RNDr. Miroslav Šlouf, Ph.D.
Vyučující: RNDr. Zbyněk Pientka, CSc.
doc. RNDr. Miroslav Šlouf, Ph.D.
Anotace -
Poslední úprava: XSLOUF (02.07.2007)
Kurz určený frekventantům magisterského a doktorského studia chemických oborů, který jim poskytne teoretické základy moderních mikroskopických technik a seznámí je s možnostmi praktických aplikací. Součástí kurzu jsou ukázky měření na moderních mikroskopech SEM, TEM a SPM, v případě vážného zájmu i měření prováděná frekventanty kurzu.
Cíl předmětu
Poslední úprava: XSLOUF (02.07.2007)

Po úspěšném absolvování získají studenti přehled o všech základních technikách elektronové mikroskopie (SEM, TEM, EDS, SAED...) a mikroskopie s rastrovací sondou (SPM, AFM, STM...). Budou schopni odhadnout, jaký typ mikroskopie by byl vhodný pro jejich vlastní vzorky a jaké informace jim může či nemůže poskytnout. Po kratším zaškolení budou schopni základní práce s libovolným typem SEM, TEM a AFM mikroskopu.

Literatura -
Poslední úprava: doc. RNDr. Miroslav Šlouf, Ph.D. (17.06.2019)

Elektronová mikroskopie

  • základní informace - http://en.wikipedia.org, heslo: electron microscopy
  • velmi dobrý přehled - Physical Methods of Chemistry: Volume IV - Microscopy. Wiley-Interscience, New York 1991.
  • SEM - Invitation to SEM world. Jeol Ltd.
  • TEM - Fultz B, Howe J: Transmission electron microscopy and diffractometry of materials. Springer-Verlag, Berlin 2001.

Mikroskopie SPM/AFM

  • Wikipedia-free internet encyclopedia http://en.wikipedia.org, hesla Atomic Force Microscopy, Nanotechnology
  • Cross J.W., Scanning Probe Microscopy, http://www.mobot.org/jwcross/spm
  • Kubínek R., Vůjtek M., Mašláň M., Mikroskopie skenující sondou, Vydavatelství Univerzity Palackého v Olomouci, 2003
  • Frank L., Král J. Ed,. Metody analýzy povrchů - iontové, sondové a speciální metody, Academia, Praha 2002
Požadavky ke zkoušce -
Poslední úprava: doc. RNDr. Miroslav Šlouf, Ph.D. (14.06.2019)

Zkouška se skládá z části AFM/SPM a EM (AFM/SPM = Zbyněk Pientka = pientka@imc.cas.cz; EM = Miroslav Šlouf = slouf@imc.cas.cz; do indexu zapisuje MŠ).

U zkoušky se požaduje pouze to, co bylo v přednáškách + obecné základy chemie, fyziky a matematiky.

Sylabus -
Poslední úprava: doc. RNDr. Miroslav Šlouf, Ph.D. (15.06.2019)

Každý z bodů níže reprezentuje přibližně dvouhodinovou přednášku; praktika mohou trvat podle zájmu studentů až jeden celý den.

ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE

  • Úvod do elektronové mikroskopie (M.Šlouf). Analogie mezi světelnou mikroskopií (LM), transmisní elektronovou mikroskopií (TEM) a rastrovací elektronovou mikroskopií (SEM). Vztahy mezi mikroskopií, matematikou, fyzikou, chemií a biologií. Popis mikroskopů SEM a TEM, základní principy, optika a difrakce, zvětšení, rozlišení, nejpoužívanější režimy (SE, BSE, STEM, EDS, BF, DF, SAED). Typické vzorky a aplikace (kovy a slitiny, nanočástice a nanokompozity, morfologie polymerních směsí, složení hornin a minerálů, molekulární struktura buněk).
  • SEM1 = základy rastrovací elektronové mikroskopie (M.Šlouf). Popis SEM mikroskopu. Zdroje elektronů, čočky, clony, detektory. Seřízení SEM mikroskopu. Typy signálů v SEM: sekundární elektrony (SE), zpětně odražené elektrony (BSE), transmisní rastrovací elektronová mikroskopie (STEM), mikroprvková analýza (EDS) a další. Vakuum v rastrovacím elektronovém mikroskopu, práce ve vysokém vakuu (HVSEM), nízkém vakuu (LVSEM) a v „environmentálním“ prostředí (ESEM). Příprava vzorků pro SEM. Příklady z praxe a ukázky SEM mikrofotografií
  • SEM2 = mikroprvková analýza (M.Šlouf). Podrobnější teoretické vysvětlení režimu SEM/EDX (výpočty a odvození energií v EDX; pro zájemce též řešení Schrodingerovy rovnice pomocí volně šiřitelného CAS programu wxMaxima = odvození přibližných energií EDX přechodů ab initio).
  • TEM1 = základy transmisní elektronové mikroskopie (M.Šlouf).Popis TEM mikroskopu. Zdroje elektronů, čočky, clony, detektory. Seřízení TEM mikroskopu. Základy paprskové optiky a typy signálů v TEM: konvenční zobrazování (CTEM) ve světlém (BF) a temném (DF) poli, elektronová difrakce (SAED, CBED), vysokorozlišovací TEM (HRTEM), spektroskopie (EDS, EELS). Příprava vzorků pro TEM. Příklady z praxe a ukázky TEM mikrofotografií.
  • TEM2 = elektronová difrakce (M. Šlouf). Podrobnější teoretické objasnění režimu TEM/SAED (elektronová difrakce na třech úrovních: 1. Braggova rovnice 2. Laueho difrakční podmínky, 3. Kinematická teorie difrakce; pro zájemce též výpočet difraktogramu pro známou látku pomocí volně šiřitelného CAS programu wxMaxima = výpočet difraktogramu "od začátku")
  • Interpretace a analýza obrazu v mikroskopii (M.Šlouf). Interpretace obrazu v mikroskopii (určení typu mikrofotografie, signálu a kontrastu). Princip obrazové analýzy („převod obrázků na čísla“). Mikrofotografie jako dvojrozměrné pole pixelů. Software pro manipulaci s obrazy. Software pro obrazovou analýzu. Analýza objektů a analýza polí. Příklady z praxe a ukázky výsledků obrazových analýz.

MIKROSKOPIE SPM/AFM

  • Úvod do mikroskopie s rastrovací sondou (Z.Pientka). Mikroskopie rastrovací sondou (SPM) – úvod (rozlišovací schopnost, měřítka, zvětšení), principy metody. Funkce rastrující sondy v mikroskopii atomárních sil (AFM), rastrovací tunelovací mikroskopii (STM), rastrovací optické mikroskopii blízkého pole (SNOM).
  • Mikroskopie atomárních sil (AFM) (Z.Pientka) – princip metody, výběr a vlastnosti hrotů (tj. sond). Různé techniky pozorování ukázány při studiu morfologie polymerů, porézních membrán, tenkých vrstev, přírodních makromolekul za fyziologických podmínek, v metrologii a při kontrole mikrostruktur (DVD/CD).
  • Měření malých sil (Z.Pientka) - studium morfologie heterogenních vzorků a lokální měření viskoelastických parametrů, sledování mezimolekulových interakcí (aktivní centra enzymů a další biologické aplikace), drsnost a adheze, magnetické síly (obraz magnetických domén harddisku).
  • Rastrovací tunelovací mikroskopie (STM) (Z.Pientka a K.Šišková) – princip metody, zobrazení v atomárním rozlišení, morfologie polovodičů, manipulace s atomy, pozorování kvantově-mechanických jevů.
  • Rastrovací optická mikroskopie blízkého pole (SNOM) (Z.Pientka) - principy metody, mikrospektroskopie. Spektroskopie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS) – princip metody, elektrochemické a analytické aplikace. Vyhodnocování mikroskopických obrazů, Furierova transformace (FFT).
  • Nanotechnologie (Z. Pientka) AFM litografie, fotolitografie a elektronová litografie - výroba integrovaných obvodů a mikroprocesorů, mikroobrábění a mikromanipulace (mikrostroje, rotaxany).

PRAKTIKA - pro vážné zájemce v rámci kurzu

  • Praktikum 1 – základní práce s mikroskopem SEM.
  • Praktikum 2 – základny práce s mikroskopem TEM.
  • Praktikum 3 – základy práce AFM.
  • Praktikum 4 – pokročilejší práce s AFM.
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK