Igazgató: Prof. PÉCZ Béla D.Sc., H-1525 Budapest, Konkoly-Thege M. út 29-33, Tel.:+361-3922225, Fax:+361-3922226
MFA Nyári Iskola Középiskolásoknak

A jelentkezéssel kapcsolatos információk ITT.

FOGARASSY Zsolt #06J - Diszlokációk vizsgálata TEM-mel (Transzmissziós elektronmikroszkóppal) - személyes HONLAP
Témavezető: dr. FOGARASSY Zsolt, Tel.:392-2222-1876, Épület:26, Szoba:125, E-mail:fogarassy@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)

JEOL gyártmányú TEM
1. ábra. JEOL gyártmányű elektronmikroszkóp.

Napjainkra az alap és az ipari kutatásokban mindennapossá vált a transzmissziós elektronmikroszkópok (TEM) használata az anyag szerkezetének megismerésére (1. ábra). A TEM segítségével betekintést nyerhetünk a vizsgált anyag atomjainak konkrét elrendeződésére, amely végül meghatározza az anyag makroszkopikus tulajdonságait. Az optikai mikroszkópokhoz hasonlóan, alapvetően itt is csak egy 2-dimenziós képet kapunk a mintáról, amelyből következtethetünk az atomok 3-dimenziós elhelyezkedésére. Több irányból megvizsgálva a minta ugyanazon területét, pontosabb képet kaphatunk a minta vizsgált térfogatában a kristályos rácsban meglévő rendre, illetve rendezetlenségre.

Mi is az a transzmissziós elektron mikroszkóp?
Ha egyszerűen akarjuk megfogalmazni, akkor lényegében hasonló eszköz, mint egy optikai mikroszkóp, csak éppen a fotonok helyett 100-1000kV energiára felgyorsított elektronokat használunk a leképezéshez. Az optikai lencsék helyett elektromos és mágneses lencséket vetünk be, amelyek megfelelően eltérítik, illetve fókuszálják az elektronokat. Az elektronmikroszkóp előnye, hogy az eléggé felgyorsított elektronoknak a hullámhossza nagyságrendekkel kisebb, mint a látható fényé, s ez lényegesen jobb felbontást tesz lehetővé. (A TEM részletesebb leírása megtalálható ITT.)

A legjobb nagyfelbontású elektronmikroszkópok (HRTEM, vagyis High Resolution Transmission Electron Microscope) esetén a felbontás már eléri a 0.1 nm-t (tized nanométert, vagyis 1 Ångström-öt), ami már pontosan az atomok méretének nagyságrendje, és így "láthatóvá válik" az atomok elhelyezkedése. (1 nm = 10-9 méter.) A hagyományos optikai mikroszkópok felbontása csak valamivel jobb, mint 10-6 méter, szóval a különbség durván 4 nagyságrend az elektronmikroszkóp javára!)

mintatartó
2. ábra. Rácsos szerkezetű mintatartó TEM-es mérésekhez.

A transzmissziós elektronmikroszkópia mellett már léteznek más vizsgálati módszerek is, amelyek hasonlóan jó felbontást tudnak adni (STM, AFM, SPM), viszont ezek elsődlegesen csupán a legfelső felületről adnak információt, ami sok esetben nem elégséges, így kiegészítő vizsgálatok is szükségesek. A transzmissziós elektronmikroszkópiai módszer legfőbb hátránya a mintakészítés nehézsége. Ahhoz ugyanis, hogy az elektronnyalábbal megfelelően át tudjuk "világítani" a mintánkat, a vizsgálni kívánt terület nem lehet vastagabb néhányszor 10 nm-nél, amelynek elérése általában egy bonyolult többnapos eljárást tesz szükségessé.

Mintakészítés:
Tehát a mintát a TEM-es vizsgálatok előtt általában vékonyítani kell. Ez nálunk többnyire a durvább mechanikai csiszolást követő finomabb ionsugaras vékonyítással történik. Vannak olyan vizsgálatok is, ahol a minta megfelelően finomszemcsés (nanoszemcsék, nanocsövek), ekkor elég egy szénhártyával fedett rostélyra helyezni, vagy hasonlóra (2. ábra).

Mik azok a diszlokációk?
A diszlokációk 1-dimenziós kristályhibák (vonal hibák), amik tipikusan deformáció hatására keletkeznek a kristályos anyagban. Úgy képzelhetjük el őket, mint a kristályba szorított fél síkot (3. ábra). Ilyen fél síkok egy külső deformáció során keletkezhetnek az anyagban, annak eredményeként, hogy az alakváltozáshoz ilyen úton csak egy vonal mentén kell egyszerre fölbontani a kötéseket, ezáltal kisebb erő (energia) befektetésével mozdulhat el a kristály egyik része a másikhoz képest. Mintha a két rész határán egyszerre bontanánk meg a kötéseket. Diszlokációk a kristály növesztése során is kialakulhatnak az anyagban. A diszlokációk hatnak az anyag makroszkopikus tulajdonságaira. Befolyásolhatják, tipikusan ronthatják az anyag elektromos vezetőképességét, ezért félvezetőnek szánt kristályokban általában nem szeretjük a jelenlétüket, és igyekszünk megakadályozni a kialakulásukat. Ugyanakkor az anyag szívósságát bizonyos esetekben javíthatják a diszlokációk, ilyenkor minél több diszlokációt igyekszünk kialakítani az anyagban képlékeny alakváltoztatással. A diszlokációkról bővebben ITT olvashattok.

3D atomi modell
3. ábra. Él diszlokáció. A kristály rácsában egy extra fél sík helyezkedik el.




Az MTA EK MFA atomi felbontású transzmissziós elektromnmikroszkópjának (JEOL JEM-3010 tipusú) ünnepélyes átadásán készült fényképek 2001-ből.


FELADAT: A téma keretében a diák kutató megismerheti egy minta elektronmikroszkópos vizsgálatát a minta előkészítéstől kezdve az elkészült képek kiértékeléséig.

ÉRDEMES ÁTNÉZNI: A középiskolás geometriai és fizikából az optikai ismereteket, valamint nem árt jóban lenni a számítógéppel.

TERVEZETT PROGRAM:
1. kristályszerkezetek és egyes rácshibák elméleti megismerése
2. elméleti és gyakorlati ismerkedés az elektronmikroszkóppal
3. képek kiértékelése
4. a tanultak összefoglalása, prezentáció összeállítása




ELÉRHETŐSÉGEK:
Témavezető: dr. FOGARASSY Zsolt, Tel.:392-2222-1876, Bp. XII. Konkoly-Thege M. út 29-33, Épület:26, Szoba:125, E-mail:fogarassy@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)

Utolsó frissítés: Mon, 22 May 2017 18:58:52 GMT, Számláló: