Metody strukturní analýzy (FSI-WA1)

Akademický rok 2023/2024

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 teoretické znalosti o principech všech základních metod pro analýzu struktury a fázového složení materiálů, včetně nezbytných postupů přípravy vzorků. Při praktických demonstracích metod získají studenti základní přehled o metodických postupech při řešení problémů a analýze výsledků. Po absolvování kurzu má být student schopen zvolit odpovídající analytickou techniku pro řešení praktických problémů v materiálovém inženýrství.
Výstupy studia a kompetence:
Znalost principů, aplikačních možností a omezení základních metod strukturní a fázové analýzy, včetně postupů odběru a přípravy vzorků. Se získanými znalostmi má být student schopen zvolit odpovídající analytickou techniku pro řešení praktických problémů v materiálovém inženýrství.
Prerekvizity:
Nezbytné jsou základní znalosti obecné fyziky (mechaniky, elektřiny, magnetismu a základy kvantové teorie) a matematiky (diferenciání a integrální počet, matice, statistika) na úrovni poskytované v průběhu bakalářského studia. Dále jsou nutné znalosti z fyziky pevné fáze a krystalografie (krystalové soustavy/mřížky, reciproký prostor, kinematická a dynamická teorie difrakce, pólový diagram, základní stereografický trojúhelník).
Obsah předmětu (anotace):
Výuka pokrývá do různé hloubky tato témata: světelná mikroskopie, obrazová analýza, laserová rastrovací konfokální mikroskopie (CLSM), společné prvky a funkční bloky elektronových mikroskopů, interakce elektron-hmota, rastrovací elektronová mikroskopie (SEM), speciální techniky v SEM, přehled metod lokální analýzy chem. složení, energiově disperzní spektroskopie (EDS), vlnově disperzní spektroskopie (WDS), RTG fluorescenční spektroskopie (XRF) a mikro XRF, katodoluminiscenční spektroskopie (CL), difrakce zpětně rozptýlených elektronů (EBSD), mikroskopie fokusovaným svazkem iontů (FIB), transmisní elektronová mikroskopie rastrovací transmisní elektronová mikroskopie (TEM, STEM), metody přípravy vzorků pro SEM a TEM, difrakční a rozptylové techniky využívající RTG záření (XRD)
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané techniky. Výuka je doplněna praktickými demonstracemi.
Způsob a kritéria hodnocení:
Předmět je ukončen zkouškou. Zkouška je písemná a případně ještě ústní. Pro udělení zápočtu je podmínkou vypracování zadaných projektů k tématům cvičení. Povinná je účast ve cvičeních, případná absence je řešena individuálně, obvykle náhradním zadáním.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Povinná je účast ve cvičeních, případná absence je řešena individuálně, obvykle náhradním zadáním.
Typ (způsob) výuky:
Přednáška	13 × 3 hod.	nepovinná
Laboratorní cvičení	13 × 2 hod.	povinná
Osnova:
Přednáška	Témata předmětu budou probírána v následujícím přibližném pořadí (skutečné pořadí se řídí organizačními možnostmi při pořádání praktické výuky): - světelná mikroskopie (opakování a prohloubení základů z předmětu Úvod do materiálových věd a inženýrství - BUM) - obrazová analýza - laserová rastrovací konfokální mikroskopie (CLSM) - společné prvky a funkční bloky elektronových mikroskopů - interakce elektron-hmota - rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) - speciální techniky v SEM, SEM s vysokým rozlišením - přehled metod lokální analýzy chem. složení - energiově disperzní spektroskopie (EDS) - vlnově disperzní spektroskopie (WDS) - postupy kvantifikace chem. složení metodami EDS a WDS - RTG fluorescenční spektroskopie (XRF) a mikro XRF - katodoluminiscenční spektroskopie (CL) - difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD) - mikroskopie fokusovaným svazkem iontů (FIB) - transmisní elektronová mikroskopie rastrovací transmisní elektronová mikroskopie (TEM, STEM) - spektroskopické techniky v TEM/STEM - metody přípravy vzorků pro SEM a TEM - difrakční a rozptylové techniky využívající RTG záření (XRD)

Laboratorní cvičení	Témata předmětu budou probírána v následujícím přibližném pořadí. Skutečné pořadí, případně seskupování témat, se řídí organizačními možnostmi při pořádání praktické výuky: - světelná mikroskopie a obrazová analýza - laserová rastrovací konfokální mikroskopie (CLSM) - rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) - energiově a vlnově disperzní spektroskopie (EDS, WDS) - difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD) - mikroskopie fokusovaným svazkem iontů (FIB) - transmisní elektronová mikroskopie rastrovací transmisní elektronová mikroskopie (TEM, STEM), spektroskopie energiových ztrát elektronů (EELS) a EDS v TEM - metody přípravy vzorků pro SEM a TEM - difrakce RTG záření (XRD), určování fázového složení

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.
5. 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.ProQuest Ebook Central
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
N-MTI-P	prezenční studium	--- bez specializace	--	zá,zk	5	Povinný	2	1	L
N-FIN-P	prezenční studium	--- bez specializace	--	zá,zk	5	Povinný	2	1	L