Projekti / Programi
Elektronska mikroskopija in mikroanaliza materialov na submikrometrski skali
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T000 |
Tehnološke vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
nizkovoltna elektronska mikroskopija, elektronska mikroanaliza na submikrometerski skali
Raziskovalci (8)
Organizacije (2)
Povzetek
Karakterizacija novih materialov, ki so narejeni s sodobnimi nano-tehnologijami, zahteva tudi razvoj in optimizacijo ustreznih analitskih metod, ki so modificirane in prilagojene za analize na submikrometrski oziroma nanometrski skali. Obstoječe metode konvencionalne vrstične elektronske mikroskopije (SEM) in elektronske mikroanalize (EPMA) dosedaj niso bile primerne za takšne preiskave. Razvoj sodobne analitske opreme, predvsem pa visokoločljivostnih vrstičnih elektronskih mikroskopov s katodo na poljsko emisijo (FEGSEM), omogoča, da se naredi korak naprej in se metode SEM/EPMA prilagodijo, optimirajo in implementirajo tudi za preiskave materialov na submikrometrski skali. V zvezi s tem je končni cilj predlaganega projekta uporaba izboljšanih SEM/EPMA metod za preiskave morfologije in kemijske sestave različnih materialov v nano-pojavni obliki kot so: submikrometrsko tanke nanostrukturne feromagnetne plasti in nano-palčke na osnovi zlitin Co-Pt in Fe-Pd, nanodelci titanovega oksida TiO2, reakcijske difuzijske plasti v dopiranih permanentnih magnetih na osnovi Nd-Fe-B, nanodelci in keramika na osnovi ZnO in drugi. Glavne aktivnosti raziskovalnega dela so v osnovi metodološke narave, kjer bomo posebno pozornost namenili (i) razumevanju in študiju interakcije nizkoenergijskih elektronov s trdno snovjo, (ii) testiranju in aplikaciji različnih fizikalnih modelov za porazdelitve vzbujenega rentgenskega sevanja v preiskovanih materialih ter (iii) načrtovanju in določanju optimalnih eksperimentalnih analitskih nastavitev za vsak material posebej. Ugotovitve, ki jih bomo pridobili iz modeliranja in simulacij, bomo uporabili kot vhodne parametre za nadaljnjo optimizacijo pri eksperimentalnih meritvah ter v končni fazi za pridobitev izpopolnjenih in preverjenih SEM/EPMA analitskih postopkov, ki bodo zagotovili točnost, ponovljivost in verodostojnost kvantitativnih analiz kemijske sestave tovrstnih materialov na submikrometrskem nivoju. Za izvajanje projektnih aktivnosti bomo uporabljali najsodobnejšo analitsko opremo s področja vrstične elektronske mikroskopije (SEM) in elektronske mikroanalize (EPMA-EDS,WDS), ki jo imamo v celoti na Institutu Jožef Stefan (IJS). V okviru projekta bomo preiskovali materiale, ki so predmet raziskav na Odseku za nanostrukturne materiale IJS ter materiale na osnovi nanodelcev TiO2 domačega industrijskega partnerja Cinkarne Celje d.d., s katerim je predviden tudi prenos znanja in edukacija na omenjenem področju.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru projekta smo razvili in implementirali izpopolnjene metode vrstične elektronske mikroskopije in elektronske mikroanalize za karakterizacijo materialov na submikrometerski skali. To relativno novo analitsko področje je postalo aktualno zlasti v zadnjih letih, z razvojem sodobne analitske opreme oziroma novih visokoločljivostnih FEG vrstičnih elektronskih mikroskopov. Glede na vse večjo uporabo novih nanotehnologij tako pri raziskavah kot tudi v industriji, narašča tudi število novih materialov v nano-pojavni obliki, ki zahtevajo aplikacijo novih in/ali modifikacijo obstoječih konvencionalnih metod karakterizacije. V zvezi s tem so bile projektne aktivnosti usmerjene predvsem na uvajanje naprednih metod mikroskopije (FEGSEM) in mikroanalize (EDS, WDS) za preiskave morfologije in kemijske sestave materialov na submikrometrski skali. Raziskave so bile zasnovane na sinergijski povezavi med podrobnim poznavanjem teorije elektronske mikroanalize in fizike interakcije elektron-trdna snov z izvedbo spektroskopskih meritev na izbranih materialih in so bile optimizirane za vsak preiskovani material posebej. Pri raziskavah smo posebno pozornost namenili (i) študiju fizike interakcije nizkoenergijskih primarnih elektronov (E(10 keV) s trdno snovjo, (ii) testiranju in aplikaciji različnih fizikalnih modelov porazdelitev vzbujenega rentgenskega sevanja v preiskovanih materialih ter (iii) načrtovanju in določanju optimalnih analitskih parametrov za spektroskopijo nizkoenergijskih rentgenskih žarkov ((3 keV) z uporabo ab-initio izračunov in simulacij Monte Carlo. Pridobljena znanja so omogočila izboljšane in preverjene analitske postopke, ki zagotavljajo verodostojno, natančno in točno kvantitativno elektronsko mikroanalizo z dejansko submikrometrsko/nanometrsko prostorsko analitsko ločljivostjo. Izpopolnjene analitske metode smo uspešno uporabili za preiskave različnih materialov v nano-pojavni obliki, kot so: tanke nanostrukturne feromagnetne plasti in nano-palčke na osnovi zlitin Co-Pt in Fe-Pd, nanodelci titanovega oksida TiO2, reakcijske difuzijske plasti v dopiranih permanentnih magnetih na osnovi Nd-Fe-B, nanodelci in keramične tanke plasti na osnovi ZnO in drugi. Dosežki raziskav so bili predstavljeni v številnih znanstvenih publikacijah ter predstavitvah na domačih in mednarodnih znanstvenih konferencah, kar potrjuje relevantnost raziskovalnih rezultatov projektne skupine.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati raziskav, ki smo jih predstavili v publikacijah in na mednarodnih znanstvenih konferencah so prispevali k promociji Slovenije v tujini. Prav tako so objavljene znanstvene publikacije, vabljena predavanja, referati in drugi prispevki na konferencah dejansko potrdili, da so raziskave, ki so bile narejene na relevantnem raziskovalnem področju, na primerljivem nivoju kot so drugje v svetu. Udeležbe na konferencah so nam omogočile številne stike s tujimi strokovnjaki in znanstveniki, ki smo jih seznanili z našim raziskovalnim delom. Na konferencah smo imeli dostop do najnovejših predstavljenih dosežkov in znanj ter priložnost za konstruktivne pogovore in izmenjavo izkušenj na področju karakterizacije materialov z naprednimi metodami elektronske mikroanalize. Neposredni pomen projekta za gospodarstvo pa je bil v tem, da smo pridobljena nova znanja iz raziskav na projektu uporabili pri izobraževanju kadrov pri projektnem partnerju iz industrije (Cinkarna Celje). Obenem smo industrijskemu partnerju omogočili dostop do vrhunske raziskovalne opreme na Institutu “Jožef Stefan”. Splošni pomen raziskovalnih rezultatov je vsekakor njihov neposreden vpliv na dvig kakovosti raziskav in nivoja znanja iz relevantnega področja ter na uvajanje in uporabo modificiranih in naprednih metod visokoločljivostne elektronske mikroskopije in mikroanalize za karakterizacijo sodobnih materialov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
