Charakterizace struktury a složení materiálů
| Typ studia | bakalářské |
|---|---|
| Jazyk výuky | angličtina |
| Kód | 653-2024/02 |
| Zkratka | CSSM |
| Název předmětu česky | Charakterizace struktury a složení materiálů |
| Název předmětu anglicky | Characterization of structure and composition of materials |
| Kreditů | 6 |
| Garantující katedra | Katedra materiálového inženýrství a recyklace |
| Garant předmětu | prof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc. |
Osnova předmětu
1. Materialografie – studium strukturních parametrů technických materiálů na různých rozměrových úrovních: makrostruktura, mikrostruktura a substruktura. Základní důvody studia struktury a chemického složení materiálů.
2. Světelná mikroskopie. Schéma světelného mikroskopu. Ohnisková vzdálenost. Hloubka ostrosti. Vady tenkých čoček. Mez bodového rozlišení. Příprava výbrusů pro světelnou mikroskopii. Zviditelnění mikrostruktury kovů - chemické a elektrolytické leptání.
3. Konfokální mikroskopie – princip, mez bodového rozlišení. Základy obrazové analýzy. Měření mikrotvrdosti. Typické aplikace světelné mikroskopie v materiálovém inženýrství.
4. Interakce elektronů a fotonů rtg záření s hmotou. Difrakce paprsků na krystalové mříži: Laueho podmínky, Braggova rovnice, reciproká mříž, Ewaldova konstrukce. Metody rtg difrakční analýzy (XRD). Kvalitativní a kvantitativní XRD analýza fázového složení materiálů. Texturní analýza. Rtg tenzometrie. Typické aplikace strukturní rentgenografie v materiálovém inženýrství.
5. Prozařovací elektronová mikroskopie – základní principy. Mechanismy vzniku kontrastu při studiu amorfních a krystalických látek. Amplitudový kontrast – zobrazení ve světlém a v tmavém poli. Fázový kontrast – zobrazení mřížky a struktury.
6. Elektronová difrakce. Difrakční konstanta. Analýza difraktogramů – monokrystaly a polykrystaly. Příprava preparátů pro prozařovací elektronovou mikroskopii: extrakční uhlíkové repliky a tenké fólie. Příprava fólií metodou fokusovaného iontového svazku (FIB).
7. Řádkovací elektronová mikroskopie – základní principy. Základní mechanismy vzniku kontrastu zobrazení. Environmentální řádkovací elektronová mikroskopie (ESEM). Příprava preparátů pro řádkovací elektronovou mikroskopii.
8. Difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD). Typické aplikace elektronové mikroskopie v materiálovém inženýrství.
9. Základní požadavky na chemickou analýzu materiálů. Klasifikace metod chemické analýzy anorganických látek. Odběr a příprava vzorků. Základní zdroje chyb měření.
10. Metody rentgenové spektrometrie. Rtg fluorescenční analýza (XRF). Rtg spektrální mikroanalýza v řádkovací a prozařovací elektronové mikroskopii. Základní principy vlnově a energiově disperzní analýzy. Kvalitativní a kvantitativní rtg analýza. Mez detekce.
11. Princip optické emisní spektrometrie. Buzení indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES), doutnavým výbojem (GDOES), jiskrou, laserem. Instrumentace anorganické hmotnostní spektrometrie. Spektrální interference. Mez detekce.
12. Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP - MS). Spektrometry. Hmotnostní spektrum a spektrální interference. Nespektrální interference a drift signálu. Mez detekce.
13. Termoanalytické metody – základní principy a rozdělení. Termoevoluční analytické metody.
14. Spektroskopie Augerových elektronů. Princip technik studia povrchu materiálů pomocí řádkující sondy – STM, AFM. Princip iontové mikroskopie a techniky APT.
2. Světelná mikroskopie. Schéma světelného mikroskopu. Ohnisková vzdálenost. Hloubka ostrosti. Vady tenkých čoček. Mez bodového rozlišení. Příprava výbrusů pro světelnou mikroskopii. Zviditelnění mikrostruktury kovů - chemické a elektrolytické leptání.
3. Konfokální mikroskopie – princip, mez bodového rozlišení. Základy obrazové analýzy. Měření mikrotvrdosti. Typické aplikace světelné mikroskopie v materiálovém inženýrství.
4. Interakce elektronů a fotonů rtg záření s hmotou. Difrakce paprsků na krystalové mříži: Laueho podmínky, Braggova rovnice, reciproká mříž, Ewaldova konstrukce. Metody rtg difrakční analýzy (XRD). Kvalitativní a kvantitativní XRD analýza fázového složení materiálů. Texturní analýza. Rtg tenzometrie. Typické aplikace strukturní rentgenografie v materiálovém inženýrství.
5. Prozařovací elektronová mikroskopie – základní principy. Mechanismy vzniku kontrastu při studiu amorfních a krystalických látek. Amplitudový kontrast – zobrazení ve světlém a v tmavém poli. Fázový kontrast – zobrazení mřížky a struktury.
6. Elektronová difrakce. Difrakční konstanta. Analýza difraktogramů – monokrystaly a polykrystaly. Příprava preparátů pro prozařovací elektronovou mikroskopii: extrakční uhlíkové repliky a tenké fólie. Příprava fólií metodou fokusovaného iontového svazku (FIB).
7. Řádkovací elektronová mikroskopie – základní principy. Základní mechanismy vzniku kontrastu zobrazení. Environmentální řádkovací elektronová mikroskopie (ESEM). Příprava preparátů pro řádkovací elektronovou mikroskopii.
8. Difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD). Typické aplikace elektronové mikroskopie v materiálovém inženýrství.
9. Základní požadavky na chemickou analýzu materiálů. Klasifikace metod chemické analýzy anorganických látek. Odběr a příprava vzorků. Základní zdroje chyb měření.
10. Metody rentgenové spektrometrie. Rtg fluorescenční analýza (XRF). Rtg spektrální mikroanalýza v řádkovací a prozařovací elektronové mikroskopii. Základní principy vlnově a energiově disperzní analýzy. Kvalitativní a kvantitativní rtg analýza. Mez detekce.
11. Princip optické emisní spektrometrie. Buzení indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES), doutnavým výbojem (GDOES), jiskrou, laserem. Instrumentace anorganické hmotnostní spektrometrie. Spektrální interference. Mez detekce.
12. Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP - MS). Spektrometry. Hmotnostní spektrum a spektrální interference. Nespektrální interference a drift signálu. Mez detekce.
13. Termoanalytické metody – základní principy a rozdělení. Termoevoluční analytické metody.
14. Spektroskopie Augerových elektronů. Princip technik studia povrchu materiálů pomocí řádkující sondy – STM, AFM. Princip iontové mikroskopie a techniky APT.
E-learning
Povinná literatura
VODÁREK, Vlastimil. Metody studia struktury: [učební text]. CD-ROM. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, 2012. ISBN 978-80-248-2559-5 .
KANICKÝ, Viktor; KUČERA, Jan a TOMÁŠEK, Vladimír. Analýza anorganických látek. Český Těšín: 2 THETA, 2021. ISBN 978-80-88279-06-8.
GOLDSTEIN, Joseph; et al. Scanning electron microscopy and X–ray microanalysis, 4th edition, Springer-Verlag New York Inc., 2017. ISBN 978-1-4939-6674-5 .
KANICKÝ, Viktor; KUČERA, Jan a TOMÁŠEK, Vladimír. Analýza anorganických látek. Český Těšín: 2 THETA, 2021. ISBN 978-80-88279-06-8.
GOLDSTEIN, Joseph; et al. Scanning electron microscopy and X–ray microanalysis, 4th edition, Springer-Verlag New York Inc., 2017. ISBN 978-1-4939-6674-5 .
Doporučená literatura
KARLÍK, Miroslav. Úvod do transmisní elektronové mikroskopie. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2011. ISBN 978-80-01-04729-3.
KRAUS, Ivo a FIALA, Jaroslav. Elementární fyzika pevných látek. 2. přepracované vydání. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2016. ISBN 978-80-01-05942-5.
KRAUS, Ivo a FIALA, Jaroslav. Elementární fyzika pevných látek. 2. přepracované vydání. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2016. ISBN 978-80-01-05942-5.