Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego

Podobne dokumenty
Rejestracja dyfraktogramów polikrystalicznych związków. Wskaźnikowanie dyfraktogramów i wyznaczanie typu komórki Bravais go.

Monochromatyzacja promieniowania molibdenowej lampy rentgenowskiej

Natęż. ężenie refleksu dyfrakcyjnego

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego

10. Analiza dyfraktogramów proszkowych

Prawa optyki geometrycznej

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Krystalografia. Dyfrakcja na monokryształach. Analiza dyfraktogramów

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Rentgenografia - teorie dyfrakcji

Rejestracja dyfraktogramów polikrystalicznych związków. Wskaźnikowanie dyfraktogramów i wyznaczanie typu komórki Bravais go.

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Metody dyfrakcyjne do wyznaczania struktury krystalicznej materiałów

Światło ma podwójną naturę:

DYFRAKCYJNE METODY BADANIA STRUKTURY CIAŁ STAŁYCH

Metody badań monokryształów metoda Lauego

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Mikroskop teoria Abbego

Krystalografia. Dyfrakcja

Ćwiczenie 53. Soczewki

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 53: Soczewki

Wskaźnikowanie elektronogramów

Dyfrakcja. Dyfrakcja to uginanie światła (albo innych fal) przez drobne obiekty (rozmiar porównywalny z długością fali) do obszaru cienia

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 3 Temat: Wyznaczenie ogniskowej soczewek za pomocą ławy optycznej.

Dyfrakcja elektronów

RENTGENOWSKA ANALIZA STRUKTURALNA

Metody badań monokryształów metoda Lauego

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Bezpośredni opiekunowie laboratorium: Prof. dr hab. Marek Szafrański. Prof. dr hab. Maciej Kozak, dr Marceli Kaczmarski.

LABORATORIUM ANALITYCZNEJ MIKROSKOPII ELEKTRONOWEJ (L - 2)

Ciała stałe. Ciała krystaliczne. Ciała amorficzne. Bardzo często mamy do czynienia z ciałami polikrystalicznymi, rzadko monokryształami.

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła laserowego

RENTGENOGRAFIA. Poziom przedmiotu Studia I stopnia niestacjonarne Liczba godzin/zjazd 1W e, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Wyróżniamy zwierciadła kuliste:

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

METODY BADAŃ BIOMATERIAŁÓW

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Dyfrakcja na kryształach. Dyfrakcja na kryształach

Badanie zjawisk optycznych przy użyciu zestawu Laser Kit

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

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

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Ćwiczenie 42 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ. Wprowadzenie teoretyczne.

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

Interferencja i dyfrakcja

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Laboratorium z Krystalografii specjalizacja: Fizykochemia związków nieorganicznych

S P R A W O Z D A N I E D O ĆWICZENIA X 1 D E B Y E A SCHERRERA W Y Z N A C Z A N I E S T A Ł E J S I E C I M E T O DĄ.

SCENARIUSZ LEKCJI Temat lekcji: Soczewki i obrazy otrzymywane w soczewkach

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: JFT s Punkty ECTS: 4. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Metody i techniki badań II. Instytut Inżynierii Materiałowej Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki ZUT

Wyznaczanie struktury krystalicznej i molekularnej wybranego związku koordynacyjnego w oparciu o rentgenowską analizę strukturalną

ĆWICZENIE Nr 4 LABORATORIUM FIZYKI KRYSZTAŁÓW STAŁYCH. Badanie krawędzi absorpcji podstawowej w kryształach półprzewodników POLITECHNIKA ŁÓDZKA

WYZNACZANIE PROMIENIA KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Czy atomy mogą być piękne?

Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spektrometru siatkowego

Pomiar ogniskowych soczewek metodą Bessela

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

BADANIA STRUKTURY MATERIAŁÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

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

Laboratorium Optyki Falowej

Wyznaczanie stałej sieci metodą Debye a-scherrera-hulla (DSH)

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

WYZNACZANIE OGNISKOWYCH SOCZEWEK

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Rys. 1 Pole dyfrakcyjne obiektu wejściowego. Rys. 2 Obiekt quasi-periodyczny.

Ćw.6. Badanie własności soczewek elektronowych

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

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

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

Instrukcja do ćwiczenia. Analiza rentgenostrukturalna materiałów polikrystalicznych

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

+OPTYKA 3.stacjapogody.waw.pl K.M.

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

Rodzina i pas płaszczyzn sieciowych

Wyznaczanie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Fizyka elektryczność i magnetyzm

MIKROSKOPIA ELEKTRONOWA. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

OPTYKA GEOMETRYCZNA Własności układu soczewek

Piotr Targowski i Bernard Ziętek WYZNACZANIE MACIERZY [ABCD] UKŁADU OPTYCZNEGO

Podstawy fizyki wykład 8

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ

Ć W I C Z E N I E N R O-6

Rozwiązanie: Zadanie 2

POLITECHNIKA WARSZAWSKA BADANIA STRUKTURY CIAŁ STAŁYCH

Transkrypt:

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego Ćwiczenie 6 Elektronowy mikroskop transmisyjny w badaniach struktury metali metodą elektronograficzną Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zbadanie struktury krystalograficznej wybranych metali, metodą elektronograficzną, w elektronowym mikroskopie transmisyjnym BS 540 Tesla. Plan prac badawczych 1. Wykonanie próbki wzorcowej o znanej stałej sieciowej (najczęściej jest to warstwa z Au).. Wykonanie preparatów z wybranych metali metodą naparowywania termicznego w napylarce NP 501 (tzw. metoda PVD). 3. Wykonanie preparatów metodą naparowywania termicznego z nieznanego metalu. 4. Nauka obsługi elektronowego mikroskopu transmisyjnego. 5. Pomiar przygotowanych próbek w reżymie dyfrakcyjnym pracy transmisyjnego mikroskopu elektronowego BS 540 Tesla. 6. Obróbka fotograficzna i cyfrowa otrzymanych wyników. 7. Mikrofotometryczne pomiary otrzymanych obrazów dyfrakcyjnych (średnica pierścieni). Wstęp teoretyczny Podstawowym zjawiskiem umożliwiającym badanie struktury rzeczywistych kryształów jest dyfrakcja. Najpowszechniej stosuje się w tym celu promienie rentgenowskie (począwszy od doświadczenia Lauego z 191 roku) i taką metodę badawczą nazywamy krystalografią rentgenowską. W pewnych przypadkach bardzo cenna jest neutronografia (gdzie rozpraszamy na krysztale neutrony 1936 r., Mitchell i Powells) oraz elektronografia (197 r., Davisson i Germer), gdzie rozpraszamy elektrony przyspieszone różnicą potencjałów, co pozwala badać 1

warstwy o małych grubościach, bowiem głębsze wnikanie elektronów jest ograniczone ze względu na ich silne oddziaływanie z substancją rozpraszającą. W badaniach elektronograficznych wykorzystuje się prawo Bragga ogłoszone w 1913 roku. Prawo Bragga: kierunki rozchodzenia się fal elektronowych ugiętych na krysztale o strukturze regularnej odpowiadają kierunkom, dla których fale te, po odbiciu od sąsiednich płaszczyzn krystalograficznych wybranego rodzaju, interferują w zgodnych fazach. Geometria układu pokazana jest na poniższym rysunku prawo Bragga: d sin n gdzie: λ - długości fali elektronowej θ - kąt jaki tworzy promień padający z płaszczyzną atomową d - odległość między równoległymi płaszczyznami atomowymi Transmisyjny mikroskop elektronowy może pracować w dwóch modach pracy: normalnym (absorpcyjnym) i dyfrakcyjnym, obserwacje struktury próbek w ćwiczeniu są prowadzone w modzie dyfrakcyjnym. Do pracy w modzie dyfrakcyjnym można przejść od modu normalnego poprzez zmianę ogniskowej pojedynczej soczewki magnetycznej mikroskopu. W praktyce stosuje się zmianę ogniskowej jednego z projektorów w mikroskopie (pomocniczego projektora dyfrakcyjnego, którym jest soczewka pośrednia umieszczona między obiektywem, a projektorem głównym). W wypadku dyfrakcji wiązki elektronowej na cienkich warstwach polikrystalicznych metali, a takie próbki badamy w ćwiczeniu, mamy do czynienia z bardzo dużą liczbą małych krystalitów o przypadkowej orientacji. Powstaje więc duża liczba odbić (dyfrakcji), tworzących w rezultacie zbiór stożków świetlnych odpowiadających odbiciom od

poszczególnych płaszczyzn krystalograficznych d hkl, których orientacja umożliwia spełnienie prawa Bragga. Na pokrytym luminoforem ekranie pojawi się w tym przypadku zbiór współśrodkowych okręgów ośrednicach D 1, D, D 3... Relację pomiędzy odległościami międzypłaszczyznowymi d hkl a odpowiadającymi im wartościami średnic D pierścieni dyfrakcyjnych opisuje wzaór: d hkl gdzie: K stała kalibracyjna zależna od warunków pracy mikroskopu K D Odległości między płaszczyznami krystalograficznymi w sieciach regularnych dane są przy pomocy odpowiednich wzorów: -dla sieci kubicznych d hkl gdzie: a stała sieci, h k l ideksy Millera h a k l Należy pamiętać że: a) dla sieci kubicznej powierzchniowo centrowanej refleksy występują jedynie od takich płaszczyzn (hkl) gdzie wszystkie indeksy są parzyste lub wszystkie są nieparzyste, b) dla sieci kubicznej przestrzennie centrowanej refleksy są od płaszczyzn (hkl) takich, że ich suma indeksów jest liczbą parzystą, 3

dla sieci heksagonalnych: 1 d hkl 4 3 h hk k a l c gdzie: a stała sieci w płaszczyźnie prostopadłej do osi heksagonalnej c stała sieci wzdłuż osi heksagonalnej. Metodyka pomiarowa Transmisyjny mikroskop elektronowy jest przyrządem, w którym powiększony obraz badanego preparatu uzyskuje się prześwietlając badaną próbkę, w postaci cienkiej warstwy, skolimowaną wiązką elektronową. Schemat budowy transmisyjnego mikroskopu elektronowego: K1, K soczewki kondensorowe, P preparat, Ob soczewka obiektywowa, P soczewka pośrednia, Pr soczewka projekcyjna, E ekran pokryty luminoforem, F kaseta z fotograficznymi kliszami, V zawory próżniowe Strumień elektronów przyspieszanych w polu elektrycznym o potencjale (w wykonywanym ćwiczeniu) równym 80 kv, jest formowany oraz skupiany w próżni w polach magnetycznych soczewek. Elektrony przenikając przez preparat oddziałują z jego 4

atomami ulegając częściowemu rozproszeniu oraz ugięciu, następnie po opuszczeniu dolnej powierzchni preparatu są skupiane przez obiektyw tworząc obraz dyfrakcyjny i dalej interferując ze sobą dają powiększony obraz preparatu. Obraz ten jest następnie powiększany przez magnetyczne soczewki pośrednie oraz projekcyjne i można go obserwować na ekranie pokrytym luminoforem w dolnej części kolumny mikroskopu. Może on być również zarejestrowany na kliszy fotograficznej. Użytkowany mikroskop umożliwia obserwację szczegółów strukturalnych przy powiększeniach do kilkuset tysięcy razy oraz zdolności rozdzielczej ok. 0,1 nm. Przygotowanie próbek Cienkie warstwy badanych metali są naparowywane termicznie w napylarce próżniowej do grubości ok. 30 nm, na podłożu z monokryształu soli. Następnie oddziela się cienką warstwę interesującego nas materiału od powierzchni soli i umieszcza na specjalnej siatce mikroskopowej o średnicy oczek 500 μm, na której badany preparat zostaje u mieszczony wewnątrz kolumny mikroskopu. Pomiary Dla przeprowadzenia pomiarów elektronograficznych struktury badanych próbek konieczne jest uzyskanie najlepszego obrazu dyfrakcyjnego w płaszczyźnie płyty fotograficznej rejestrującej ten obraz. Aby był on na niej dobrej jakości, należy najpierw dobrać odpowiednie ustawienia soczewek tak, aby uzyskać czytelny obraz dyfrakcyjny na ekranie luminescencyjnym mikroskopu, a następnie odpowiednio długo naświetlać kliszę fotograficzną. Od tego zależy jakość otrzymanego zdjęcia W pierwszej części ćwiczenia należy wyznaczyć stałą kalibracji K mikroskopu. W tym celu użyć próbki z materiału o znanej stałej sieciowej, w ćwiczeniu jest to złoto (Au), wiedząc, że stała sieciowa a Au = 0,407 nm. Uzyskany elektronogram, jak i elektronogramy pozostałych próbek utrwalamy na kliszy fotograficznej i dołączamy z opisem do sprawozdania. Z wzorów przedstawionych we wstępie teoretycznym wynika, że znajomość stałej kalibracji K i prawidłowe przypisanie poszczególnym pierścieniom dyfrakcyjnym odpowiadającej im sumy kwadratów indeksów Millera pozwala na obliczenie stałej sieci a badanej próbki polikrystalicznej. Należy dokonać pomiarów średnic D poszczególnych pierścieni dyfrakcyjnych. Najtrudniejszym etapem wykonywanej analizy jest identyfikacja poszczególnych ugięć, tzn. 5

przyporządkowanie poszczególnym pierścieniom odpowiadające im indeksy Millera. Problem ten jednak upraszcza się bardzo w przypadku, gdy znamy symetrię badanej sieci, a z taką sytuacją mamy do czynienia w ćwiczeniu. Przykładowo, dla sieci kubicznych wartości średnic D muszą spełniać równanie: h +k +l = a D /K gdzie a jest stałą sieci. Problem sprowadza się więc do wyznaczania metodą prób i błędów czynnika a /K stałego dla wszystkich wartości zmierzonych średnic D, który dla każdej z tych wartości umożliwi dopasowanie odpowiadającego zbioru indeksów (hkl). W przypadku niemożności dopasowania żadnej stałej wartości czynnika a /K konieczne jest oczywiście sprawdzenie następnego typu symetrii sieci o odpowiednim wzorze na odległości międzypłaszczyznowe. W wyniku pomiaru na próbce traktowanej jako wzorcowa i przy znanej jej stałej sieci (w ćwiczeniu jest to warstwa Au o stałej sieci a = 0,407 nm), możliwe jest doświadczalne określenie stałej kalibracji K dla danej geometrii ustawienia optyki mikroskopu elektronowego. Pomiary struktury nieznanych próbek należy następnie wykonywać nie zmieniając tego ustawienia. Reasumując, opracowanie wyników pomiarowych na potrzeby sprawozdania wymaga: pomiaru średnic prążków na dyfraktogramie; obliczenia stałych sieci dla poszczególnych pierwiastków, korzystając z odpowiednich wzorów umieszczonych we wstępie teoretycznym; porównaia obliczonych stałych sieci z danymi tablicowymi. Literatura [1] Ian M.Watt The principles and practice of electron microscopy, Cambridge University Press, Cambridge, 1985. [] J.Kozubowski Metody transmisyjnej mikroskopii elektronowej, Wyd. Śląsk, Katowice 1975 [3] P.Wilkers Fizyka ciała stałego, PWN, W-wa,1979. [4] L.Dobrzański,E.Hajduczek Mikroskopia świetlna i elektronowa,wyd.n-t,w-wa,1987. 6

[5] Mikroskopia elektronowa, pod red. A.Barbackiego, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań, 005. 7