Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Analityczna mikroskopia elektronowa
Course of study:
2017/2018
Code:
MIM-2-101-PS-n
Faculty of:
Metals Engineering and Industrial Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Processing of Alloys and Special Materials
Field of study:
Materials Science
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Responsible teacher:
dr inż. Rutkowski Bogdan (rutkowsk@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Kruk Adam (kruczek@agh.edu.pl)
dr inż. Cempura Grzegorz (cempura@agh.edu.pl)
dr inż. Ziętara Maciej (zietara@agh.edu.pl)
dr inż. Rutkowski Bogdan (rutkowsk@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Stachewicz Urszula (ustachew@agh.edu.pl)
dr inż. Majewska-Zawadzka Kinga (kinga@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Skills
M_U001 Posiada umiejętności wykorzystywania specjalistycznej aparatury naukowo-badawczej i programów komputerowych do oceny skuteczności procesów technologicznych oraz wpływu warunków pracy na stabilność mikrostruktury materiałów IM2A_U02, IM2A_U16, IM2A_U14, IM2A_U07 Examination,
Execution of laboratory classes
M_U002 Potrafi wykorzystywać poznane metody analitycznej mikroskopii elektronowej do badania mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego materiałów inżynierskich IM2A_U02, IM2A_U16, IM2A_U07, IM2A_U05 Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Zna podstawy teoretyczne mikroskopii elektronowej, dyfrakcji elektronów i neutronów oraz metod mikroanalizy składu chemicznego IM2A_W03, IM2A_W05 Activity during classes,
Examination,
Test
M_W002 Posiada wiadomości z zakresu zaawansowanych metod badania mikrostruktury materiałów inżynierskich IM2A_W03, IM2A_W12, IM2A_W05 Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Skills
M_U001 Posiada umiejętności wykorzystywania specjalistycznej aparatury naukowo-badawczej i programów komputerowych do oceny skuteczności procesów technologicznych oraz wpływu warunków pracy na stabilność mikrostruktury materiałów + - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi wykorzystywać poznane metody analitycznej mikroskopii elektronowej do badania mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego materiałów inżynierskich + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna podstawy teoretyczne mikroskopii elektronowej, dyfrakcji elektronów i neutronów oraz metod mikroanalizy składu chemicznego + - + - - - - - - - -
M_W002 Posiada wiadomości z zakresu zaawansowanych metod badania mikrostruktury materiałów inżynierskich + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Wiązka elektronów i jej właściwości korpuskularno-falowe. Długość fali elektronów.
2. Podstawy transmisyjnej mikroskopii elektronowej, zdolność rozdzielcza mikroskopu i jej wykorzystanie w badaniach mikro- i nanostruktury.
3. Metody przygotowania próbek do badań elektronomikroskopowych. Przykłady zastosowania mikroskopii elektronowej w badaniach nanomateriałów, nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych.
4. Budowa transmisyjnego mikroskopu elektronowego, podstawy optyki elektronowej, tworzenie i kontrast obrazu w jasnym i ciemnym polu widzenia.
5. Badanie defektów mikro- i nanostruktury za pomocą mikroskopu elektronowego.
6. Dyfrakcja, prawo Bragga dla dyfrakcji elektronów. Wykorzystanie metod dyfrakcyjnych w badaniach materiałowych.
7. Oddziaływanie elektronów z materią. Nowoczesne techniki analitycznej mikroskopii elektronowej, budowa spektrometrów.
8. Mikroanaliza składu chemicznego z wykorzystaniem spektroskopii energii (EDS) i długości fali (WDS) charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego. Spektroskopia strat energii elektronów (EELS) i filtr energii elektronów (EFTEM).
9. Podstawy wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej.
10. Skaningowo-transmisyjna mikroskopia elektronowa i jej wykorzystanie w badaniach materiałów.
11. Skaningowa mikroskopia elektronowa. Przykłady zastosowania skaningowego mikroskopu elektronowego w badaniach materiałów inżynierskich, fraktografia.
12. Analiza obrazów elektronomikroskopowych. Wykorzystanie programów komputerowych w badaniach mikrostruktury materiałów inżynierskich.
13. Tomografia elektronowa i jej wykorzystanie w badaniach materiałowych; metrologia.
14. Badania powierzchni materiałów w nanoskali: skaningowa mikroskopia tunelowa, mikroskopia sił atomowych.

Laboratory classes:

Na zajęciach laboratoryjnych student zapozna się z budową i obsługą mikroskopów elektronowych (SEM, TEM). Student przygotuje próbkę do badań TEM i wykona badania mikrostruktury materiałów przy użyciu dedykowanych metod mikroskopii- i tomografii elektronowej.
Na ćwiczeniach będą realizowane następujące zagadnienia:
1. Przygotowanie preparatów do badań za pomocą skaningowego i transmisyjnego mikroskopu elektronowego.
2. SEM budowa i zasada działania. Nowoczesne techniki obrazowania SE i BSE. EBSD podstawy teoretyczne, zastosowania.
3. Praktyczne aspekty budowy i podstawy obsługi transmisyjnego mikroskopu elektronowego; obserwacje mikrostruktury materiałów na cienkich foliach lub replikach, tworzenie obrazu mikroskopowego i dyfrakcyjnego.
4. Podstawy optyki elektronowej. Soczewka elektromagnetyczna budowa i zasada działania. Dyfrakcja i interferencja. Zasady powstawania obrazu w TEM. Zasady tworzenia obrazu wysokorozdzielczego HRTEM.
5. Nowoczesne techniki obrazowania w TEM: HRTEM, STEM-HAADF, EFTEM, EELS.
6. Wyznaczanie stałej mikroskopu elektronowego. Rozwiązywanie dyfraktogramów punktowych; analiza defektów struktury. Zastosowanie programów komputerowych do identyfikacji faz metodami dyfrakcji elektronowej.
7. Wyznaczanie składu chemicznego w mikroobszarach metodą spektrometrii energii promieniowania rentgenowskiego. TEM-EDX, SEM-EDX. Analiza liniowa, mapy rozkładu wybranych pierwiastków.
8. Wyznaczanie wielkości i ułamka objętości nanocząstek metodami stereologii dla obrazów cienkich folii w transmisyjnym mikroskopie elektronowym. Pomiar gęstości dyslokacji metodami mikroskopii elektronowej.
9. Tomografia elektronowa TEM i FIB-SEM. Wykorzystanie programów komputerowych do rekonstrukcji tomograficznej, obrazowania i oceny ilościowej elementów mikrostruktury.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 110 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Participation in lectures 21 h
Participation in laboratory classes 21 h
Preparation for classes 24 h
Realization of independently performed tasks 12 h
Examination or Final test 2 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 20 h
Contact hours 10 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Średnia ważona: 0.5 * ocena z ćwiczeń laboratoryjnych + 0.5 * ocena z egzaminu

Prerequisites and additional requirements:

Zgodnie z Regulaminem Studiów AGH podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest ostatni dzień zajęć w danym semestrze. Termin zaliczenia poprawkowego (tryb i warunki ustala prowadzący moduł na zajęciach początkowych) nie może być późniejszy niż ostatni termin egzaminu w sesji poprawkowej (dla przedmiotów kończących się egzaminem) lub ostatni dzień trwania semestru (dla przedmiotów niekończących się egzaminem).

Recommended literature and teaching resources:

D. Williams, C.B. Carter: „Transmission Electron Microscopy”, Plenum Press, New York, 1996 i
2009 (tom 1-4).
A. Czyrska-Filemonowicz: „Mikroskopia elektronowa w badaniach poznawczych i stosowanych”, w książce ”Postępy nauki o materiałach i inżynierii materiałowej, M. Hetmańczyk (red.), Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, s.94-166.
J. Kozubowski: „Metody transmisyjnej mikroskopii elektronowej”, Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice, 1975.
R. Brydson (red.): Aberration Corrected Analytical Transmission Electron Microscopy, J. Wiley and Sons Ltd, 2011.
A. Czyrska-Filemonowicz, B. Dubiel (red.): Materiały „1st Summer School on Advanced Electron Microscopy”, Kraków, 30.06-5.07.2003, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT (tom 1 i 2).
A. Czyrska-Filemonowicz, T. Moskalewicz (red.): Materiały KMM-NoE Integrated Post-Graduate School 1st Intensive Session of Skill Path on „Electron Microscopy”, Kraków, 29.05-2.06.2006, Wyd. Zakład Usług Poligraficznych Kraków, Kraków 2006.
A. Czyrska-Filemonowicz, B. Dubiel (red.): Materiały „Workshop on Advanced Sample Preparation Techniques for TEM”, Krakow, 24-29.06.2007, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków, 2007.
B. Dubiel, E. Stępniowska, A. Czyrska-Filemonowicz (red.): Materiały „2nd Stanisław Gorczyca Workshop on Electron Microscopy: new TEM techniques” , Kraków, 1-4.10.2008, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków, 2008.
A. Czyrska-Filemonowicz, A. Gruszczyński (red.) Materiały: AGH–Zeiss workshop on Focused ion beam techniques : 9–10.06.2009, Kraków, Poland Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2009.
A. Czyrska-Filemonowicz, T. Moskalewicz (red.): Materiały: 3rd Stanisław Gorczyca Workshop on electron microscopy focused on alloys, Kraków, 19-20.05.2011, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2011.
G. Cempura, A. Czyrska-Filemonowicz (red.): Materiały 4th Stanisław Gorczyca European School on TEM basics and advanced specimen preparation, Kraków 1-4.10.2013, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2013
A. Czyrska-Filemonowicz: “Transmission electron microscopy of materials for energy systems” Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2012
Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z analitycznej mikroskopii elektronowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, WIMiIP AGH.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

B. Rutkowski, A. Gil, A. Czyrska-Filemonowicz – Microstructure and chemical composition of the scale formed on Sanicro 25 steel tubes after fireside corrosion, Corrosion Science, 102(2016)373-383, JCR; DOI: 10.1016/j.corsci.2015.10.030

M. Ziętara, A. Kruk, A. Gruszczyński, A. Czyrska-Filemonowicz – FIB-SEM tomography of 4th generation PWA 1497 superalloy, Materials Characterisation 87 (2014) 143-148; JCR

F. Hang, D. Lu, R.J. Bailey, I. Jimenez-Palomar, U. Stachewicz – In situ tensile testing of nanofibers by combining atomic force microscopy and scanning electron microscopy
Nanotechnology 22 (2011), 365708

A. Kruk, G. Cempura, S. Lech, A. Czyrska-Filemonowicz – STEM-EDX and FIB-SEM tomography of Allvac 718Plus superalloy, Archives of Metallurgy and Materials Science; JCR, w druku

Additional information:

None