ANALIZA POWIERZCHNI

Podobne dokumenty
ANALIZA POWIERZCHNI BADANIA POWIERZCHNI

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

Oddziaływanie cząstek z materią

Trzy rodzaje przejść elektronowych między poziomami energetycznymi

SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force

METODY BADAŃ BIOMATERIAŁÓW

ANALIZA SPECJACYJNA WYKŁAD 7 ANALIZA SPECJACYJNA

Lasery budowa, rodzaje, zastosowanie. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Światło fala, czy strumień cząstek?

n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A / B 2 1 hν exp( ) 1 kt (24)

Podstawy fizyki wykład 2

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 8 Mikroanalizator rentgenowski EDX w badaniach składu chemicznego ciał stałych

NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

Rodzaje mikroskopów ze skanującą sondą (SPM, Scanning Probe Microscopy)

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

Rozpraszanie nieelastyczne

Wzbudzony stan energetyczny atomu

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

Źródła promieniowania optycznego problemy bezpieczeństwa pracy. Lab. Fiz. II

Elektronowa mikroskopia. T. 2, Mikroskopia skaningowa / Wiesław Dziadur, Janusz Mikuła. Kraków, Spis treści

h λ= mv h - stała Plancka (4.14x10-15 ev s)

LASERY NA CIELE STAŁYM BERNARD ZIĘTEK

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

Metody optyczne w medycynie

Fizyka powierzchni. Dr Piotr Sitarek. Katedra Fizyki Doświadczalnej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)

Laser pikselowy i frakselowy różnice i zastosowanie w kosmetologii. Barbara Kierlik Gr. 39Z

Techniki analityczne. Podział technik analitycznych. Metody spektroskopowe. Spektroskopia elektronowa

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

LASERY NA SWOBODNYCH ELEKTRONACH. Przygotowali: Arkadiusz Robiński Mariusz Nowaczyk Mateusz Kubiak Krzysztof Konwisarz

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

LABORATORIUM ANALITYCZNEJ MIKROSKOPII ELEKTRONOWEJ (L - 2)

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. Metody pasywacji powierzchni biomateriałów. Dr inż. Agnieszka Ossowska

Badanie dynamiki rekombinacji ekscytonów w zawiesinach półprzewodnikowych kropek kwantowych PbS

Spektroskopia ramanowska w badaniach powierzchni

LASERY SĄ WSZĘDZIE...

Elektrochemiczne metody skaningowe i ich zastosowanie w in ynierii korozyjnej

PODSTAWY FIZYKI LASERÓW Wstęp

Technologia Laserów: nowe trendy w biologii i medycynie. Gabriela Mianowska Karolina Pasieka FM rok IV, DIE

12. WYBRANE METODY STOSOWANE W ANALIZACH GEOCHEMICZNYCH. Atomowa spektroskopia absorpcyjna

Fale materii. gdzie h= J s jest stałą Plancka.

Nowoczesne metody analizy pierwiastków

Oddziaływanie promieniowania X z materią. Podstawowe mechanizmy

Wady ostrza. Ponieważ ostrze ma duży promień niektóre elementy ukształtowania powierzchni nie są rejestrowane (fioletowy element)

Spektroskopia fotoelektronów (PES)

Przemysłowe urządzenia elektrotermiczne działające w oparciu o pozostałe metody nagrzewania elektrycznego Prof. dr hab. inż.

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

FLUORESCENCJA RENTGENOWSKA (XRF) MARTA KASPRZYK PROMOTOR: DR HAB. INŻ. MARCIN ŚRODA KATEDRA TECHNOLOGII SZKŁA I POWŁOK AMORFICZNYCH

Spektroskopia Fluorescencyjna promieniowania X

Wzajemne relacje pomiędzy promieniowaniem a materią wynikają ze zjawisk związanych z oddziaływaniem promieniowania z materią. Do podstawowych zjawisk

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Laboratorium nanotechnologii

Metody spektroskopowe:

3. Przejścia fazowe pomiędzy trzema stanami skupienia materii:

Dyfrakcja rentgenowska cz.2 Mikroskopia Sił Atomowych AFM

Przewaga klasycznego spektrometru Ramana czyli siatkowego, dyspersyjnego nad przystawką ramanowską FT-Raman

Skaningowy Mikroskop Elektronowy (SEM) jako narzędzie do oceny morfologii powierzchni materiałów

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

Aparatura do osadzania warstw metodami:

Badania komponentów do samolotów, pojazdów i maszyn

M1/M3 Zastosowanie mikroskopii sił atomowych do badania nanostruktur

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Skaningowy Mikroskop Elektronowy. Rembisz Grażyna Drab Bartosz

Właściwości materii. Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. 18 listopada 2014 Biophysics 1

Metody chemiczne w analizie biogeochemicznej środowiska. (Materiał pomocniczy do zajęć laboratoryjnych)

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

XPS (ESCA) X-ray Photoelectron Spectroscopy (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)

Informacje wstępne. Witamy serdecznie wszystkich uczestników na pierwszym etapie konkursu.

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Mikroskopia skaningowa tunelowa i siłowa

I. Wstęp teoretyczny. Ćwiczenie: Mikroskopia sił atomowych (AFM) Prowadzący: Michał Sarna 1.

Spektroskopia elektronów Augera AES

WARSZAWA LIX Zeszyt 257

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

- wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie T. 0 k. z L 0 k. L 0 k

BUDOWA ATOMU KRYSTYNA SITKO

SPEKTROSKOPIA SPEKTROMETRIA

Badanie absorpcji promieniowania γ

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

TEMAT ĆWICZENIA: ANALIZA CIECZY I CIAŁ STAŁYCH Z UŻYCIEM FLUORESCENCJI RENTGENOWSKIEJ Z ROZPRASZANIEM ENERGII

1. Niskoenergetyczne elektrony wtórne SE (podstawowy sygnał w SEM) 2. Charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie (mikroanaliza w SEM i TEM)

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Zaawansowane Metody Badań Strukturalnych. Dyfrakcja rentgenowska cz.2 Mikroskopia Sił Atomowych AFM

Wykład Budowa atomu 2

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Podstawy fizyki wykład 3

Zagrożenia powodowane przez promieniowanie laserowe

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

Inkluzje Protodikraneurini trib. nov.. (Hemiptera: Cicadellidae) w bursztynie bałtyckim i ich badania w technice SEM

Transkrypt:

ANALIZA POWIERZCHNI Metody niszczące (próbka zostaje zniszczona w czasie analizy): - przeprowadzenie do roztworu (rozpuszczanie, roztwarzanie lub stapianie) i następnie analiza metodami klasycznymi lub instrumentalnymi Metody nieniszczące (próbka po analizie może być powtórnie wykorzystana): - homogenizacja (rozdrobnienie) bez konieczności zmiany stanu skupienia - np. fluorescencja rentgenowska (cienka tarcza) - neutronowa analiza aktywacyjna CIAŁO STAŁE łatwy dokładny i precyzyjny pomiar masy, trudny jest dokładny pomiar objętości. Ciała stałe mogą być homogeniczne tylko do poziomu rozdrobnienia (proszki) lub krystalitów (ciała lite). Homogeniczność ciał stałych amorficznych jest złudna. W przypadku stałych obiektów pomiaru bardzo często nie jest znana wielkość (masa lub objętość) próbki z której pochodzi sygnał analityczny. BADANIA POWIERZCHNI Zastosowanie badań powierzchni: Struktura granicy faz i adsorpcja Kataliza Korozja Błony i membrany Warstwy powierzchniowe Smarowanie Powłoki ochronne Wybrane techniki badania powierzchni: Spektroskopia elektronów (UPS, XPS, ESCA) Spektroskopia elektronów Augera (AES) Fluorescencja rentgenowska (XFS) Spektroskopia mas jonów wtórnych (SIMS) Laserowa mikroanaliza spektralna (LAMMS) Mikroskopia sił atomowych (AFM) Spektroskopia w podczerwieni (IRS) Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM) Skaningowa mikroskopia elektrochemiczna (SECM) Mikrowaga kwarcowa (QMB) Mikroanaliza rentgenowska (EDX/EDS) 1

Sondy: Fotonowa (PP) Elektronowa (EP) Jonowa (IP) Cząstek obojętnych (NP) Pola elektrycznego (EFP) Skaningowa mikroskopia Augera i spektroskopia elektronów Augera ODDZIAŁYWANIE WIĄZKI ELEKTRONÓW Z MATERIĄ 2

ENERGIE ELEKTRONÓW AUGERA SPEKTROSKOPIA ELEKTRONÓW AUGERA Spektroskopia elektronów Augera jest techniką analityczną pozwalającą na elementarną analizę powierzchni (w zakresie nanometrów). Spektroskopia elektronów Augera informację chemiczną uzyskuje poprzez pomiar energii elektronów emitowanych z tej powierzchni po naświetleniu jej wiązką elektronów o energiach w zakresie 2 50 kev. Niektóre z emitowanych z powierzchni elektronów mają energie charakterystyczne dla pierwiastków z których są emitowane (a także w niektórych przypadkach sił jakimi atom jest związany). Spektrum elektronów Augera zanieczyszczonej powierzchni niklu. (a) liczba emitowanych elektronów w funkcji ich energii; (b) zróżniczkowana krzywa (a) Zalety: skład pierwiastkowy z warstwy ~2 nm pierwiastki od Li (dobra czułość dla lekkich pierwiastków) Profilowanie powierzchni z rozdzielczością lepszą niż 2 nm Mapowanie powierzchni Ograniczenia próbka musi być przewodząca detekcja ilościowa ograniczona do ~1% atomowego dokładność ok. 10% 3

EDX / EDS EDX : Energy Dispersive X-ray Analysis EDS: Energy Dispersive Spectrometry Wiązka elektronów o energi 120 kev atakuje powierzchnię próbki powodując emisję charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego. Promieniowanie to pada na detektor krzemowo-litowy (pracujący w temp. ciekłego azotu). W krysztale krzemu powstają pod wpływem padającego promieniowania pary elektron-dziura. Istnieje dobra korelacja pomiędzy ilością par elektron-dziura a energią promieniowania rentgenowskiego. Utworzenie jednej pary wymaga energi ok. 3.8 ev. CuKa CuKb MIKROSKOPIA SIŁ ATOMOWYCH AFM waga optyczna 4

ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) AFM Modes Microscopy Mode Motion Cause AFM Atomic Force or SPM Scanning Probe Tracking Topography LFM Lateral Force or FFM Friction Force Twisting Friction Force Modulation Bouncing Elasticity Viscosity Force-Distance Curves Sticking Adhesion Kryształ kwasu salicylowego 2.5 x 2.5 nm obraz topografi i tarcia próbki grafitu pirolitycznego (HOPG). Maksima przedstawiają atomy, kolorowe refleksy siły działające na ostrze. Kierunek skanowania od prawej do lewej strony obrazu. SKANINGOWA MIKROSKOPIA ELEKTROCHEMICZNA SECM Układ skaningowego mikroskopu elektrochemicznego (SECM) Prof. Allan Bard 5

W przypadku elektrody dyskowej transport dyfuzyjny do jej powierzchni odbywa się zgodnie z modelem jednowymiarowej dyfuzji liniowej: W konsekwencji prąd graniczny (w warunkach bez konwekcji) opisany jest równaniem: Wraz ze zmniejszaniem średnicy elektrody rośnie udział substancji dyfundującej do jej powierzchni promieniowo. W granicznym przypadku dyfuzja przechodzi w sferycznie symetryczną opisaną równaniem: Pierwszy człon w nawiasie to odwrotność grubości rozwijanej w czasie t warstwy dyfuzyjnej. Jeżeli jest on znacznie większy od drugiego członu tj. odwrotności promienia elektrody, wówczas równanie przechodzi w równanie Cotrella. W przeciwnym przypadku tj. gdy człon zawierający czas jest zaniedbywalnie mały w stosunku do odwrotności promienia, równanie upraszcza się do postaci: odpowiadającej stanowi stacjonarnemu, w którym prąd nie zależy od czasu. Sprzężenie ujemne 6

Sprzężenie dodatnie Miejscowa aktywność enzymatyczna Powierzchniowe centra aktywne o różnej funkcjonalności ABLACJA LASEROWA ODPAROWANIE LASEROWE Pory w lipidowej membranie dwuwarstwowej Jeremy P. Wilburn, David W. Wright and David E. Cliffel, Analyst, 2006, 131, 311 7

Ablacja laserowa to proces, w którym pod wpływem promieniowania laserowego pękają wiązania chemiczne i fragmenty cząsteczek odrywają się od warstwy wierzchniej materiału. Ablacja możliwa jest przez zastosowanie promieniowania laserowego o dużej gęstości (rzędu 10 6 10 8 W/cm 2 ). Krater po ablacji laserowej powierzchni szafiru impulsem femtosekundowym. Obraz z mikroskopu AFM LASERY Pierwszy laser - rubinowy zbudował i uruchomił w 1960 roku Theodore Maiman. Nagroda Nobla z fizyki w 1964 roku - N. G.Basow i A.M. Prochorow (ZSRR) oraz C. H. Townes (USA) za prace będące podstawą działania laserów i maserów. Pierwszy laser CO 2 z 1968 roku (Science Museum, Londyn) Działanie lasera: LASER (Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation) - Absorpcja promieniowania powoduje przejście atomu ze stanu podstawowego w stan wzbudzony - Emisja spontaniczna wzbudzony atom przechodzi w stan podstawowy emitując kwant promieniowania. Średni czas, po którym następuje spontaniczna emisja to ~10 ns. Dla niektórych stanów wzbudzonych (tzw. metatrwałych) czas ten może wynosić nawet 1 ms. Jest to istotne dla działania lasera - Emisja wymuszona emisja fotonu może być wymuszona przez inny foton o tej samej energii. Foton wymuszony ma taką samą energię, fazę, polaryzację i kierunek rozchodzenia się jak foton wymuszający. Cechy promieniowania laserowego: - monochromatyczność - spójność - ukierunkowanie - możliwość bardzo dokładnego skupienia, dzięki czemu możliwe uzyskanie gęstości mocy 10 17 W/cm 2 dla porównania palnik acetylen-tlen ma gęstość ~10 3 W/cm 2. PODZIAŁ LASERÓW LASERY STAŁE CIECZOWE GAZOWE INNE - krystaliczne (rubin) - krystaliczne na centrach barwnych - szklane (neodymowe) - diodowe - barwnikowe - chemiczne - atomowe - jonowe - na parach miedzi - molekularne (CO 2) - ekscimerowe - na elektronach swobodnych (FEL Free Electron Laser) - rentgenowskie i promieniowania gamma 8

Pod względem mechanizmu wyróżnia się - ablację fotochemiczną - ablację fototermiczną Obydwie mogą występować jednocześnie Proces ablacji o charakterze fotochemicznym polega na fotolitycznym pękaniu wiązań chemicznych. Ablacja fototermiczna - promieniowanie laserowe silnie absorbowane przez materiał najpierw wzbudza cząsteczki do stanów wysoko energetycznych. W wyniku wzajemnych zderzeń generowane jest ciepło powodujące wzrost temperatury wystarczający do pękania wiązań chemicznych w warstwie wierzchniej materiału. Zwykle zmiany te zachodzą w temperaturze niższej od temperatury topnienia materiału. 9

Wady i zalety próbek ciekłych i próbek z ablacji laserowej 10