ΕΤΥ-248
Δομική και Χημική Ανάλυση Υλικών

Πληροφορίες μαθήματος

Τύπος μαθήματος

Επιλογής

Εξάμηνο σπουδών

4^ο

Εβδομαδιαίες ώρες διδασκαλίας

3

Πιστωτικές μονάδες

5

Προαπαιτούμενα μαθήματα

–

Οργάνωση διδασκαλίας

Φόρτος εργασίας εξαμήνου σε ώρες:

• Διαλέξεις: 33
• Εργασία: 3
• Μελέτη: 40
• Σύνολο: 76

Διδάσκουσα

Ειρήνη Κουτσουρούμπη

email

eirinink@materials.uoc.gr

τηλέφωνο

–

γραφείο

–

Διεξαγωγή μαθήματος

Ώρες Διδασκαλίας

Τρίτη 09:00-12:00.

Ανακοινώσεις

Διδασκόμενη Ύλη

Εισαγωγή

Διαφορετικά είδη ακτινοβολίας, Εξάρτηση ενέργειας και μήκους κύματος, Συγκεκριμένα είδη ακτινοβολίας που βρίσκουν χρήση στον τομέα της Επιστήμης Υλικών, Ατομική Θεωρία, Ενεργειακά επίπεδα στα άτομα.

Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης

Κατηγορίες ακτινοβολίας, Ηλεκτρομαγνητικά κύματα, Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα, Ιονίζουσες (ακτίνες-Χ) και μη ιονίζουσες ακτινοβολίες, Μελέτη της αλληλεπίδρασης των δεσμών με ηλεκτρόνια/νετρόνια/ιόντα. Βασικές αρχές της ελαστικής σκέδασης (πλάτος και ένταση ακτινοβολίας). Ελαστική σκέδαση από μεμονωμένα άτομα.

Περίθλαση ακτίνων-Χ

Θεωρία, παραγωγή ακτίνων-Χ, παράμετροι που επηρεάζουν (Δυναμικό, Ρεύμα, κτλ), απορρόφηση ακτίνων-Χ από την ύλη, ανίχνευση/μέτρηση της έντασης των ακτίνων-Χ, κρυσταλλογραφία, κρυσταλλικό πλέγμα, μοναδιαία κυψελίδα, κρυσταλλογραφικά επίπεδα, Οργανολογία, εφαρμογή ακτίνων-Χ στην ανάλυση υλικών, πληροφορίες που προσφέρει σε μελέτη υλικών (σύσταση, κρυσταλλικότητα, μέγεθος κρυσταλλίτη, κτλ.).

Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες-Χ (X-ray photoelectron spectroscopy/XPS) και φασματοσκοπία ηλεκτρονίων Auger (Auger electron spectroscopy/AES)

Βασικές αρχές, φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ενέργεια δέσμευσης, χημική μετατόπιση, δορυφορικές κορυφές στα φάσματα XPS, ηλεκτρονική επίδραση – spin-orbit coupling αρχή λειτουργίας φασματοσκοπίας ηλεκτρονίων Auger (AES). Εφαρμογές XPS και ΑΕS.

Φασματοσκοπία ακτίνων-Χ (EDS)

Βασικές αρχές, ηλεκτρονικές μεταβάσεις (θεμελιώδης και διεγερμένες καταστάσεις), εκπομπή χαρακτηριστικών ακτίνων-Χ, φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς ακτίνων-Χ (EDS), χαρακτηριστικά φάσματα EDS, Εφαρμογές.

Ηλεκτρονική μικροσκοπία (σάρωσης και διέλευσης)

Βασικές αρχές οπτικού μικροσκοπίου (φακός εστίασης, αντικειμενικός φακός, εστίαση/μεγέθυνση), ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (Scanning Electron Microscopy, SEM), οργανολογία, παραδείγματα, ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης (Transmission Electron Microscopy, TEM), οργανολογία, παραδείγματα, σύγκριση μεταξύ SEM/TEM μικροσκοπίων, συνδυασμός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου με φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS).

Μαθησιακά αποτελέσματα

Οι γνώσεις που θα πρέπει να έχουν αποκτήσει οι φοιτητές από την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος αφορούν τις επιστημονικές αρχές που διέπουν τα κάτωθι:

Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας-ύλης. Θεωρία ελαστικής σκέδασης. Ελαστική σκέδαση από μεμονωμένα άτομα. Θεωρία περίθλασης ακτίνων-Χ και ηλεκτρονίων. Δευτερογενής εκπομπή. Απορρόφηση ακτινοβολίας από υλικά. Παραγωγή-ανίχνευση-μέτρηση ακτινοβολίας. Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες-Χ (XPS) και φασματοσκοπία ηλεκτρονίων Auger (AES). Ηλεκτρονική μικροσκοπία (διέλευσης, σάρωσης). Φασματοσκοπία ακτίνων-Χ (EDS) για ανάλυση επιφανειών και διεπιφανειών.

Οι δεξιότητες που θα πρέπει να έχουν αποκτήσει οι φοιτητές από την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος αφορούν:

1. πειραματικές τεχνικές και οργανολογία που χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην δομική και χημική ανάλυση υλικών, όπως περιθλασιμετρία ακτίνων-Χ, φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες-Χ (XPS) και φασματοσκοπία ηλεκτρονίων Auger (AES). Ηλεκτρονική μικροσκοπία (διαπερατότητας, σάρωσης) και φασματοσκοπία ακτίνων-Χ (EDS).
2. τη σωστή επιλογή και χρήση εξειδικευμένων στην Επιστήμη των Υλικών αναλυτικών πειραματικών μέσων για τον δομικό και χημικό χαρακτηρισμό υλικών που επεκτείνεται και στην οριοθέτηση των σωστών περιοχών λειτουργίας κάθε μέσου για τις ανάγκες του εκάστοτε πειράματος.
3. οι φοιτητές αποκτούν επίσης δεξιότητες στην χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή μέσω της κατασκευής παρουσιάσεων που περιλαμβάνουν την γραφή κειμένου, παραγωγή οργανογραμμάτων και πινάκων, δυσδιάστατων και τρισδιάστατων γραφικών απεικονίσεων καθώς και την ένταξη εικόνων και βίντεο.

Οι ικανότητες που θα πρέπει να έχουν αποκτήσει οι φοιτητές από την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος αφορούν:

1. την τοποθέτηση του ζητουμένου σε ένα πρακτικό πρόβλημα Επιστήμης των Υλικών στις σωστές βάσεις που απαιτούνται για την απάντησή του
2. την εύρεση της κατάλληλης τεχνικής και πειραματικής μεθοδολογίας με βάση την υπάρχουσα γνώση των ιδιοτήτων της ύλης για προσέγγιση του ζητουμένου ώστε να υπάρχει ουσιαστική δυνατότητα απάντησής του
3. την ικανότητα να αποτιμούν σωστά και να χρησιμοποιούν κατάλληλα τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στην βιβλιογραφία σχετικά με τις τεχνικές που παρουσιάστηκαν για διαφορετικές κατηγορίες υλικών.

Σημειώσεις

Αξιολόγηση φοιτητών

Βιβλιογραφία

1. J. P. Eberhart, "Structural and Chemical Analysis of Materials", John Willey & Sons Inc., 1991.
2. P.E.J. Flewitt, R.K. Wild, "Physical Methods for Materials Characterization", IOP Publ., London (1994)
3. H.-M. Tong and L.T. Nguyen, Eds., "New Characterization Techniques for Thin Polymer Films", Wiley, New York (1990)
4. D. A. Skoog, F. J. Holler and T. A. Nieman, "Principles of Instrumental Analysis", 5th Edition, Saunders College Publishing, Philadelphia (1998)