653-0937/03 – Moderní metody strukturně fázové analýzy (MMSFA)

Garantující katedraKatedra materiálového inženýrství a recyklaceKredity10
Garant předmětuprof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc.Garant verze předmětuprof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc.
Úroveň studiapostgraduálníPovinnostpovinně volitelný typu B
RočníkSemestrzimní + letní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2022/2023Rok zrušení
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studiadoktorské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
VOD37 prof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc.
MAS0021 doc. Ing. Anastasia Volodarskaja, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zkouška 20+0
kombinovaná Zkouška 20+0

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Doktorandi se seznámí s principy nejdůležitějších technik strukturní, difrakční a spektrální analýzy, s možnostmi a omezeními jednotlivých technik strukturní analýzy, se základy interpretace výsledků strukturních rozborů. Budou umět definovat vhodnou techniku strukturní analýzy pro řešený problém a zhotovit vzorky pro různé techniky studia struktury.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři

Anotace

Cílem předmětu je prohloubit znalosti posluchačů doktorandského studia v oboru strukturních a fázových rozborů technických materiálů. Přednášky jsou zaměřeny především na kvalitativní a kvantitativní charakterizaci struktury za použití světelné mikroskopie, technik založených na využití zfokusovaného svazku elektronů (elektronová mikroskopie) a rtg difrakční analýzy. Pozornost je věnována využití strukturních parametrů při analýze vztahů struktura/vlastnosti technických materiálů. Možnosti využití jednotlivých experimentálních metod jsou demonstrovány na praktických příkladech.

Povinná literatura:

KRAUS, I. Úvod do strukturní rentgenografie, Praha: Academia, 1985. KARLÍK, M. Úvod do transmisní elektronové mikroskopie, Praha: CVUT, 2011. ISBN 978-80-01-04729-3. ENGLER, O. a V. RANDLE. Introduction to texture analysis: macrotexture, microtexture and orientation mapping. 2nd edition, Boca Raton: CRC Press, 2010. ISBN 9781420063653. GOLDSTEIN, J., et al. Scanning electron microscopy and X–ray microanalysis. 3rd edition, New York: Springer US, 2003. ISBN 978-0-306-47292-3. EGERTON, R.F. Physical principles of electron microscopy. New York: Springer Science + Business Media, Inc., 2005. ISBN-10: 0-387-25800-0.

Doporučená literatura:

WILLIAMS, D. B. a C. B. CARTER. Transmission electron microscopy, A textbook for materials science. 2nd edition, Springer US, 2012. ISBN 978-0-387-76502-0. WHISTON, C. X-ray methods (analytical chemistry by open learning), J. Wiley & Sons, 1987. ISBN 978-0471913863. HULÍNSKÝ, V. a K. JUREK. Zkoumání látek elektronovým paprskem. Praha: SNTL, 1982.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Ústní zkouška s písemnou přípravou.

E-learning

Další požadavky na studenta

Nejsou žádné další zvláštní požadavky.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

- Strukturní hierarchie. Důvody studia struktury materiálů na různých rozměrových úrovních (makrostruktura, mikrostruktura, nanostruktura). Definice základního parametru pro srovnávání různých mikroskopických technik: rozlišovací schopnost. - Princip stereomikroskopu. Trendy vývoje světelných mikroskopů (SM): přímé, invertované (Le Chatellier), digitální (bezokulárové). Konfokální laserové řádkovací mikroskopy. Rozlišovací schopnost a hloubka ostrosti. Příprava preparátů. Typické úlohy mikrostrukturní analýzy za použití světelné mikroskopie. Kvantitativní metalografie, automatizovaná analýza obrazu. Základy stereologické analýzy. - Interakce rtg záření a svazku elektronů se vzorkem: produkty pružného a nepružného rozptylu. Využití konceptu reciproké mříže při difrakční analýze. Geometrické podmínky difrakce: Braggův zákon a Ewaldova reflexní koule. Strukturní faktor. - Využití rtg záření při strukturně fázové analýze materiálů. Rtg difrakční analýza (XRD) polykrystalických materiálů: přístrojová technika, kvalitativní a kvantitativní fázová analýza. Studium vnitřních napětí za použití rtg záření. Stanovení vnitřních napětí 1. a 2. druhu. Hodnocení přednostní orientace zrn (textura). Rtg difrakční analýza monokrystalů. Rtg spektrální analýza (XRF) prvkového složení. - Přístroje založené na využití fokusovaného svazku elektronů. Princip prozařovacího a řádkovacího elektronového mikroskopu. Analytická elektronová mikroskopie. Řádkovací elektronová mikroskopie při snížené úrovni vakua (LVSEM, ESEM). Rozlišovací schopnost jednotlivých technik. Vakuový systém, elektronové trysky, elektromagnetické čočky a jejich zobrazovací vady, detektory signálů. - Mechanismy vzniku kontrastu v prozařovacím elektronovém mikroskopu (TEM): amplitudový a fázový kontrast. Zobrazení ve světlém a v tmavém poli. Základní principy kinematické a dynamické teorie rozptylu elektronů, kontrast na poruchách krystalové mříže. Příprava preparátů (extrakční repliky a tenké fólie) pro prozařovací elektronovou mikroskopii. - Prozařovací elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením (HRTEM). Dynamická teorie difrakce: dvousvazková aproximace, vícesvazková aproximace, metoda multivrstev. Zobrazení mřížky. Zobrazení struktury. Počítačové simulace kontrastu zobrazení. Metoda Z-kontrastu. - Mikroskopie využívající fokusovaný iontový svazek (FIB). Interakce iontů s pevnou látkou. Iontové zdroje. Injektáž plynného prekurzoru. Manipulátor. Dvousvazkové (dual beam) mikroskopy FIB/SEM. Základní aplikace FIB/SEM. Negativní jevy spojené s technikou FIB. Tomografie: 3D EBSD nebo EDX mapy. - Metody elektronové difrakce: selekční elektronová difrakce a difrakce konvergentního svazku elektronů. Interpretace difraktogramů získaných při studiu monokrystalů a polykrystalů. Porovnání technik difrakce elektronů, rtg záření a neutronů. Spektroskopie energetických ztrát elektronů (EELS). Energiově filtrovaná prozařovací elektronová mikroskopie (EFTEM). - Mechanismy vzniku kontrastu v řádkovací elektronové mikroskopii (SEM). Interakční objem. Detektory sekundárních a zpětně odražených elektronů. Interpretace zobrazení v sekundárních elektronech a v odražených elektronech. Rtg spektrální mikroanalýza: vlnově disperzní (WDX) a energiově disperzní (EDX) analýza, možnosti a omezení, artefakty. Spektroskopie Augerových elektronů. - Difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD) v řádkovacím elektronovém mikroskopu. Mechanismy vzniku difrakčních obrazců. Indexace difraktogramů, jejich informační obsah. Základní aplikace: identifikace fází a mapování krystalografické orientace zrn. Prezentace výsledků: pólové obrazce (PF), orientační distribuční funkce (ODF), orientační mapy inverzního pólového obrazce (IPF), orientace a dezorientace zrn, fázové mapy (PM). Příprava vzorků. - Mikroskopie povrchů s využitím technik s řádkující sondou (SPM) – mikroskopie atomárních sil (AFM), řádkovací tunelovací mikroskopie (STM), mikroskopie magnetických sil (MFM). Iontová mikroskopie. AP tomografie. Rozlišovací schopnost jednotlivých technik. Princip korelační mikroskopie. - Příklady aplikací strukturní a fázové analýzy v materiálových vědách a inženýrství.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2022/2023 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodůMax. počet pokusů
Zkouška Zkouška   3
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Podmínky absolvování předmětu a účast na cvičeních v rámci ISP:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2024/2025 (P3924) Materiálové vědy a inženýrství P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2024/2025 (P3924) Materiálové vědy a inženýrství K čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2024/2025 (P0788D270003) Materiálové vědy a inženýrství K čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2024/2025 (P0788D270003) Materiálové vědy a inženýrství P čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2024/2025 (P0719D270002) Nanotechnologie P čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2024/2025 (P0719D270002) Nanotechnologie K čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2023/2024 (P3924) Materiálové vědy a inženýrství P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2023/2024 (P3924) Materiálové vědy a inženýrství K čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2023/2024 (P0719D270002) Nanotechnologie P čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2023/2024 (P0719D270002) Nanotechnologie K čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2023/2024 (P0788D270003) Materiálové vědy a inženýrství K čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2023/2024 (P0788D270003) Materiálové vědy a inženýrství P čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2022/2023 (P0719D270002) Nanotechnologie K čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2022/2023 (P0719D270002) Nanotechnologie P čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2022/2023 (P0788D270003) Materiálové vědy a inženýrství P čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2022/2023 (P0788D270003) Materiálové vědy a inženýrství K čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku

Hodnocení Výuky



2023/2024 zimní