Metody strukturní analýzy (FSI-WA1)

Akademický rok 2018/2019
Garant: Ing. Ondřej Man, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMVI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je poskytnout studentům přehled a v menší míře
i teoretické znalosti a princip všech základních metod pro
strukturní a fázovou analýzu (fyzikální principy metod, parametry
přístrojů,aplikační šíře metod atd), včetně přípravy vzorků. Na
praktických aplikacích metod získají studenti základní přehled o
metodických postupech při řešení problémů a analýze výsledků.
Výstupy studia a kompetence:
Znalost principů a aplikační možnosti základních metod strukturní
a fázové analýzy, včetně postupů odběru a přípravy vzorků.
Prerekvizity:
Studium experimentálních metod používaných pro analýzu struktury (morfologie a fázového složení) materiálů vyžaduje základní znalosti fyziky a matematiky na úrovni poskytované v průběhu bakalářského studia, a také znalosti materiálových věd a inženýrství - alespoň na úrovni absolventa bakalářského studia strojního inženýrství.
Obsah předmětu (anotace):
Světelná mikroskopie (metody, principy, aplikace), obrazová analýza, .Interakce elektronů s hmotou. Transmisní elektronová mikroskopie (TEM a STEM),elektronová difrakce.Princip HV TEM a HR TEM. Rastrovací elektronová mikroskopie. Environmentální EM. Iontová mikroskopie.
Lokální analýza v TEM a REM (s využitím buzeného rtg. záření, augerových elektronů, spektroskopie elektronových ztrát). Metoda EBSD. Rtg. difraktometrie.
Vybrané spektroskopické metody.Metody s rastrující sondou. Mikro- a nanotomografie.Ramanovská spektroskopie.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zkouška je písemná a ústní,pro udělení zápočtu je nezbytné vypracování zadaných okruhů problémů.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Povinná je účast ve cvičeních,případná absence je řešena individuelně,obvykle náhradním zadáním.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Laboratoře a ateliéry  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod k metodám strukturní analýzy, světelná a konfokální mikroskopie
2. Úvod k metodám elektronové mikroskopie (interakce elektronů s hmotou, zavedení/opakování základních pojmů, zdroje elektronů)
3. Transmisní elektronová mikroskopie (TEM,STEM)
4. Elektronová difrakce, využití zobrazení v tmavém poli, princip HR TEM
5. Rastrovací elektronová mikroskopie, nízkovakuová a environmentální SEM,mikroskopie s iontovým svazkem(FIB),dual beam mikroskopie FIB/SEM
6. Lokální analýza chemického složení v TEM a SEM(přehled metod, princip disperze dle energie a vlnové délky,detekce podle EDS)
7. Detektory WDS, princip spektroskopie energiových ztrát a AES,metoda EBSD
8. Spektroskopické metody OES-optická emisní spektroskopie,princip, metody,ICP OES,GDOES
9. Spektrometrické metody (RTG spektroskopie,spalovací analyzátory)
10.Metody s rastrující sondou (SPM)
11. Mikro-a nanotomografie,Ramanova spektroskopie
12. RTG difrakční analýza
13. Využití analytických metod ve vědě, výzkumu a při češení výrobních problémů, stručná charakteristika dalších metod (XPS,SIMS,LEIS aj.)
    Laboratoře a ateliéry 1.Světelná mikroskopie, analýza obrazu
2.Příprava preparátů pro elektronomikroskopické metody
3. TEM a STEM- představení jejich základních funkcí
4.Aplikace TEM (a STEM, HV TEM,HR TEM) ve vědě i praxi-ukázky
5.SEM- předvedení základních funkcí , ukázka systému FIB/SEM
6. EDS a EBSD- demonstrace jejich funkce a možností
7.WDS a EELS- demonstrace jejich funkce a možností
8. Spektroskopické laboratoře-představení spektrometru GDOES,prvky akvizičního řetězce,provedení analýzy, vyhodnocení
9.Představení spektrometru F/ETA-AAS, demonstrace provedení analýzy, zpracování údajů a kvantifikace
10.Ukázky aplikačních možností metod SPM, ukázka přístrojů v laboratořích
11.Laboratoř mikro- a nanotomografie- ukázka přístrojů, jejich aplikačních možností
12.Laboratoř RTG difraktometrie- ukázky přístrojů, aplikace jednotlivých metod
13.Příklady využití vybraných metod, zápočet
Literatura - základní:
1. GOLDSTEIN, I. Joseph. Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis. 3rd ed. New York: Kluwer, 2003, xix, 689 s. : il. + 1 CD-ROM. ISBN 0-306-47292-9.
2. ECKERTOVÁ, Ludmila a Luděk FRANK. Metody analýzy povrchů: elektronová mikroskopie a difrakce. Praha: Academia, 1996, 379 s. ISBN 80-200-0329-0.
3. KARLÍK, Miroslav. Úvod do transmisní elektronové mikroskopie. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2011, 321 s. : il. (některé barev.) ; 30 cm. ISBN 978-80-01-04729-3.
4. FRANK, Luděk a Jaroslav KRÁL. Metody analýzy povrchů: iontové, sondové a speciální metody. Praha: Academia, 2002, 489 s. ISBN 80-200-0594-3.
Literatura - doporučená:
1. BRANDON, David a Wayne D KAPLAN. Microstructural characterization of materials. New York: John Wiley, 1999, 409 s. : il. ISBN 0-471-98501-5.
2. FLEWITT, P. E. J a Robert K WILD. Physical methods for materials characterisation. Bristol: Institute of Physics Publishing, 1994, xvi, 517 p. : il. ISBN 0-7503-0320-4.
3. WILLIAMS, David Bernard a C. Barry CARTER. Transmission electron microscopy: a textbook for materials science. Second edition. New York: Springer, 2009, lxii, 760, 15 stran : ilustrace (některé barevné) ; 28 cm. ISBN 978-0-387-76500-6.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2A-P prezenční studium M-MTI Materiálové inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 2 1 L
M2A-P prezenční studium M-FIN Fyzikální inženýrství a nanotechnologie -- zá,zk 4 Povinný 2 1 L