transmisijski (tem), skenirajući (sem) elektronski mikroskop i

8/10/2019 Transmisijski (TEM), Skenirajui (SEM) Elektronski Mikroskop i

1/48

F A K U L T E T T E H N I K I H N A U K A

K O S O V S K A M I T R O V I C A

S M E R: T E H N O L O K O I N E NJ E R S T V O

S E M I N A R S K I R A D

Transmisijski (TEM), skenirajui (SEM) elektronski mikroskopi

rendgeno-difraktometrijska (XRD) analiza

Profesor: Student:

prof. r uko Minid urovid Boban16/10/12

U Kosovskoj Mitrovici, maj 2013. godine


2/48

SADRAJ:

1. UVOD .......................................................................... 4

2. OPTIKI MIKROSKOPI.............................................................. 5

3. ELEKTRONSKA OPTIKA ............................................................ 6

3.1. Kretanje elektrona u elektrinom i magnetnom polju ................................ 7

3.2. Elektronska soiva....................................................................................... 7

4. TRANSMISIONI ELEKTRONSKI MIKROSKOP (TEM) ................... 9

4.1. Stvaranje slike i kontrast slike u elektronskom mikroskopu ..................... 11

4.2. Pripremanje uzorka ................................................................................... 12

4.3. Konstrukcija transmisijskog elektronskog mikroskopa (TEM-a) ............... 13

4.3.1. Vakuum sistem ................................................................................. 13

4.3.2. Elektronski top ................................................................................. 13

4.3.3. Optika TEM-a .................................................................................... 14

4.4.Prednosti TEM-a ............................................................................................ 174.5.Mane TEM-a .................................................................................................. 17

5. SKENIRAJUDI ELEKTRONSKI MIKROSKOP (SEM).................... 18

5.1. Sastavni delovi SEM-a ................................................................................ 19

5.2. Stvaranje slike ............................................................................................ 20

5.3. Priprema uzoraka ...................................................................................... 21

5.4. Konstrukcija i nain raa(SEM) ................................................................. 22

5.4.1. Vakuumski ventil .............................................................................. 225.4.2. Elektronski top ................................................................................. 22

5.4.3. Elektromagmetna soiva.................................................................. 24

5.4.4. Optiki sistem SEM-a ........................................................................ 25

5.4.5. Nastanak i povedanje slike u SEM-u ................................................. 25

5.4.6. Detekcija sekundarnih elektrona ..................................................... 27

5.5. Analiza uzoraka SEM-OM .......................................................................... 27

5.6. Prednosti SEM-a ........................................................................................ 38

6. RENDGENO-DIFRAKTOMETRIJSKA (XRD) ANALIZA................. 39


3/48

6.1. Teorijske osnove........................................................................................ 39

6.2. Bragov zakon ............................................................................................. 41

6.3. Princip rada i emaureaja za XRD......................................................... 42

6.4. Postupak pripreme uzorka ........................................................................ 43

6.5. Analiza rendgenograma ............................................................................. 44

6.6. Analiza rezultata ........................................................................................ 44

6.7. Primena XRD .............................................................................................. 46

6.8. Prenosti i ogranienja XR...................................................................... 46

7. Literatura .............................................................................. 48


4/48

Transmisijski (TEM), skenirajudi (SEM) elektronski mikroskop i rengeno-difraktometrijska (XRD) analiza

4

1.UVOD

Instrumentalne metoe bave se etekcijom i merenjem karakteristinog signala kojide posluiti za kvalitativnu i kvantitativnu analizu uzorka. Karakteristini signal zavisi ointerakcije molekula/atoma sa elektromagnetnim zraenjem, fiziko-hemijskih osobina,onosa mase i naelektrisanja, termikih karakteristika.

Instrumentalne metoe se ela na: optike, elektrohemijske i separacione. Optikemetoe su zasnovane na interakciji elektromagnetnog zraenja i molekula ili atoma uzorka.

Mikroskop (grki: micron = mali i scopos = ciljanje) je instrument za posmatranjepredmeta koji su isuvie mali a bi se mogli vieti golim okom. Nauka koja se baviistraivanjem malih premeta primenom ovakvih instrumenata naziva se mikroskopija.

ijametar vedine animalnih delija se krede izmeu 10 i 30 m to je nekoliko puta manje onajmanje estice viljive golim okom. Zato su za ispitivanja delija prvenstveno neophonimikroskopi.

Postoje razliite vrste mikroskopa koji se mogu poeliti u ve osnovne grupe:svetlosne i elektronske mikroskope. Tipovi mikroskopa: svetlosni, fluorescentni, fazno-kontrastni i elektronski.

Pretpostavlja se a je prvi mikroskop napravio Zaharije Jensen jo 1590. goine,postavljajudi va soiva na meusobnu ualjenost. Otkride neviljivog sveta pripaaHolananinu Antoni van Levenhuku (1632-1723), koji je opisao animalikule kao okrugle,

tapidaste i spiralne forme poto ih je vieo mikroskopom sopstvene konstrukcije, 1676.goine. Njegova soiva uvedavala su o 250x. Smatra se prvim istraivaem protozoa,ljudskih spermatozoida, bakterija i eritrocita. Nakon smrti svetu je ostavio 247 mikroskopa,o kojih je 7 i anas u upotrebi, ali ne i tajnu pravljenja soiva. o toga su buudi naunicimorali a ou sami. U 19. veku Karl Zeis sa svojim saranikom Ernestom Abeom usavrava ireava neostatke taanjeg sloenog mikroskopa te postie veliku mod razvajanja (0,5m).


5/48


5

2.OPTIKI MIKROSKOPI

Najuobiajeni tip mikroskopa, ujeno i prvi koji je pronaen je optiki ili svetlosnimikroskop. Na njemu mogude je analizirati trajne histoloke preparate, pojeinane ive ineive delije. Viljivost svetlosnog mikroskopa zavisi o kvaliteta soiva, talasne uineupotrebljene svetlosti, kao i od medijuma kroz koji svetlost prolazi od preparata doobjektiva. Sa svetlosnim mikroskopom, po najboljim uslovima, mogude je razlikovati verazliite strukture na rastojanju o 0,2 m, odnosno rezolucija je 0,2 m.

Slika 1.Antoni van Levenhuk i njegov prvi mikroskop

Fluorescentni mikroskopje vrsta svetlosnog mikroskopa koji se koristi za detekcijurazliitih molekula, najvie specifinih proteina u delijama i tkivima. Obeleavanje se vri

fluorescentnim bojama, a objekat se osvetljava iz izvora svetlosti preko filtera koji proputajusvetlost samo jedne talasne uine to omogudava a se vii fluoresciranje ogovarajudeboje vezane za molekule. Na taj nain mogude je pratiti mesto sinteze pojeinih molekula injihov transport o rugih delija i mesta elovanja.

Fazno-kontrasni mikroskopise koriste za ispitivanje ivih delija ije bi se struktureotetile prilikom fiksiranja, seenja i bojenja preparata koji se posmatraju po mikroskopom.Ovi mikroskopi imaju sistem soiva tako poeen a povedava kontrast ivih neobojenihdelija. Na fazno-kontrastnom mikroskopu sa tamnim poljem svetlosni zraci padaju sa strane isamo rasuta svetlost ulazi u objektiv, a delije se vie kao osvetljeni objekti na tamnoj polozi.Ovi mikroskopi su pogoni za analizu kretanja i eobe delija.


6/48


6

Slika 2.Svetlosni i fluorescentni mikroskop

3.ELEKTRONSKA OPTIKA

Elektronska optika je grana nauke koja prouava kretanje slobonih estica

(elektrona, protona) u elektrinim i magnetnim poljima. Naziv elektronska optika izveen jeiz injenice a su zakoni koji opisuju kretanje elektrona u takvim poljima formalno jenakizakonima koji upravljaju zracima svetlosti u optiki nehomogenom sistemu. Stazeelektrona, prestavljene materijalnim takama, mogu se opisati normalama na elektronsketalase ija amplitue oreuje statistiku gustinu elektrona, upravo kao to amplituesvetlosnog talasa oreuju gustinu kvanta svetlosti, fotona.

Prouavanje kretanja elektrona na osnovu njihove talasne priroe zove seelektronska talasna optika.Ona opisuje pojave difrakcije i interferencije snopova elektronaanalogne istim pojavama kod svetlosti i rendgenskih zraka. U elektronskoj optici

upotrebljavaju se osno-simetrina polja koja ogovaraju osno-simetrinim optikimsistemima, soivima. Primenjuje se ko stvaranja fokusiranih snopova elektrona visokogintenziteta (u elektronskom topu) te njihovog usmeravanja i stvaranja elektronske slikepremeta pomodu elektrinih i magnetnih polja u nizu vanih naunih i tehnikihinstrumenata kao to su katoni osciloskopi, TV kamere, katone cevi, elektronskimikroskopi, skenirajudi elektronski mikroskopi, elektronski mikroanalizatori. Tako npr.elektronski mikroskopi omogudavaju vizuelno ispitivanje etalja objekta isuvie sitnih a bise mogli razlikovati obinim optikim mikroskopom, uz prouavanje strukturnih i rugihkarakteristika objekta, procenta, raspodele pojedinih konstituenata od kojih se objekatsastoji.


7/48


7

3.1.Kretanje elektrona u elektrinom i magnetnom polju

Usmeravanje snopa elektrona u vakuumu vri se pomodu elektrinog i magnetnogpolja, a takva polja se proizvoe postavljanjem elektroa, elektrinih struja ili magneta okoevakuisanog prostora u kome se nalazi snop elektrona, kao i usled prisustva drugih nabijenih

estica unutar tog prostora. Kako na nabijenu esticu u kretanju istovremeno elujuelektrino i magnetno polje, rezultatna sila iznosi:

= e + e

e algebarski izraz naboja estice, - jaina elektrinog polja, - brzina naboja,

- gustina toka magnetnog polja.

3.2.Elektronska soiva

Elektronska soiva su sistemi elektroa oreene simetrije sa elektrinim ilimagnetnim poljem ili sa njihovom kombinacijom, a eluju na snop elektrona slino kao tooptika soiva eluju na zrak svetlosti. Elektronska soiva se primenjuju za stvaranje otrofokusiranih snopova elektrona, kao u katodnom osciloskopu ili za dobijanje elektronskihslika, kao u TV kameri, elektronskom mikroskopu. Svako elektrino ili magnetno polje kojeima osu simetrije moe stvoriti ili realni ili virtuelnu elektronsku sliku premeta.

Predmet ili sam emituje elektrone ili transmitira elektrone iz nekog drugog izvoraelektrona. Prema tome, osno-simetrino elektrino ili magnetno polje analogno je sfernimoptikim soivima. Meutim, elektronska soiva razlikuju se o optikih u tome to se ineks

loma unutar elektrinog soiva kontinuirano menja (tj. brzina elektrona se stalno menja poiznosu i smeru ka on prolazi kroz soivo). Osim toga, u prisustvu magnetnog polja ineksloma zavisi ne samo o poloaja elektrona u prostoru ved i o smera kretanja elektrona. Zatoi nije mogude oblikovati elektronska soiva potpuno proizvoljno.

Elektronska soiva koja imaju samo elektrino polje zovu se elektrostatika, a onakoja imaju samo magnetno polje magnetna soiva. Elektrostatiko soivo ini elektrinopolje sa osnom simetrijom i ono deluje na snop elektrona jednolike brzine poput staklenogsoiva na snop monohromatske svetlosti. Osno-simetrina soiva obino nastaju uz kruneotvore na elektroama ili izmeu va valjka (sa zajenikom osom) na pogonim, razliitimpotencijalima. Za svako soivo mogu se efinisati arite, glavne ravni i arine ualjenosti,

jednako kao za staklena soiva. vopotencijalna ili inverziona soiva nemaju polja ni uprostoru premeta ni u prostoru slike, ali su oba prostora na razliitom potencijalu.

Ova soiva eluju na snop elektrona konvergentno, kao i jenopotencijalna soivakod kojih su potencijali u prostoru predmeta i prostoru slike jednaki. Jednopotencijalnasoiva koja funkcioniu uz visoke potencijale upotrebljavaju se kao objektiv i projektor uelektrostatikom elektronskom mikroskopu.

Elektroe takvih soiva izraene su posebnom preciznodu o visokopoliranognerajudeg elika. Ako je potencijal u nekoj taki unutar jenopotencijalnog soiva nii o

potencijala izvora elektrona soivo prestavlja elektronsko ogledalo. Ono moe biti


8/48


8

ivergentno i stvarati virtuelnu sliku ili konvergentno i stvarati realnu sliku to zavisi opoloaja u soivu one ekvipotencijalne ploe o koje se obijaju elektroni.

Magnetska soiva prestavljaju magnetno polje sa osnom simetrijom, koje moestvarati konvergentne snopove nabijenih estica jenolike brzine, onosno stvarati slike

predmeta stavljenih u takve snopove. Ona se upotrebljavaju kao kondenzatori, objektivi iprojekciona soiva u magnetnom elektronskom mikroskopu. Prava slika premeta uelektronskom soivu postie se samo za snopove uz samu optiku osu soiva. Za to morajubiti ispunjeni sleedi uslovi: premet i slika treba a su mali, ivergencija zraka elektrona kojiuestvuju u stvaranju slike treba a je mala, brzina elektrona jenolika, gustina elektrona usvim takama staze elektrona mala, tako a se njihovo uzajamno obijanje moe zanemariti.Osim toga soiva moraju biti tano izraena, optike ose uzastopnih soiva moraju seiealno pouarati, a visoki vakuum u ureaju stalno oravati.

Kako se ne mogu izbedi snopovi ualjeniji o ose soiva neizbene su aberacije tipasferne i hromatske aberacije. One smanjuju mod razluivanja i kvalitet slike u elektronsko -optikim sistemima kakav je elektronski mikroskop. etalji objekta koji se posmatra se nemogu raspoznati ako su manji o talasne uine osvetljavajudeg snopa zbog pojavedifrakcije i interferencije.


9/48


9

4.TRANSMISIONI ELEKTRONSKI

MIKROSKOP (TEM)

Elektronski mikroskop je proizveen u Nemakoj jo 1932. goine, ali je irubioloku primenustekao tokom peesetih goina. Umesto viljive svetlosti i optikih soivaelektronski mikroskop koristi snop elektrona koje usmerava elektromagnetno polje ielektronska soiva. Talasna uina elektrona je znatno krada o talasne uine fotonavidljive svetlosti pa je granica razdvajanja elektronskog mikroskopa dosta manja od onesvetlosnog mikroskopa; 0,10,2 nm elektronskog u poreenju sa 200 350 nm svetlosnog.

Elektronski mikroskop je instrument kojim se mogu pomodu elektronskog snopavizuelno ispitivati etalji objekta isuvie sitni a bi se mogli razlikovati obinim optikim

mikroskopom i prouavati strukturne osobine objekta koristedi se ifrakcijom elektrona.Optikim mikroskopom mogu se u najboljem sluaju, uz upotrebu mikrofotografije iultraljubiastih zraka razvojiti take ualjene jena o ruge 0,1 m, ok mu je uvedanje200x. Najboljim savremenim elektronskim mikroskopom praktino se moe postidirazvajanje o 0,2 o 0,5 nm, s povedanjem 400 000x. Prema nainu delovanja i primeneelektronski mikroskopi se dele na dve grupe: posmatranje samo predmeta transparentnih zaelektrone i posmatranje za elektrone neprozranih objekata.

Elektronske mikroskope nalazimo u dva osnovna oblika: transmisioni elektronskimikroskop, TEM i skenirajui elektronski mikroskop, SEM. Slini su po tome to primenjujuzrake elektrona, ali za stvaranje slike koriste razliite mehanizme. Kao to im samo imegovori TEM sliku oblikuje pomodu rasprenih elektrona kroz preparat, a SEM skenirapovrinu preparata te sliku oblikuje otkrivajudi elektrone koji se obijaju o spoljanjepovrine preparata, ajudi utisak ubine (3).

Transmisioni elektronski mikroskop(TEM), u kome snop elektrona prolazikroz objekat, analogan je po svom sastavu optikom mikroskopu. U najjenostavnijem oblikuse sastoji od elekronskog topakao izvora snopa elektrona jednolike brzine, kondenzatora,elektronskog soiva koje fokusira snop elektrona na objekat, nosaaobjektakoji omogudavapostavljanje objekta u eljeni poloaj i orijentaciju prema elektronskom snopu i o objektiva,meusoivai projektora, sistema elektronskih soiva koja prenose konanu sliku objekta na

fluorescentni zastor odnosno fotografsku plou ili film. Objektivsko soivo slui zaizotravanje promenom jaine struje, a projektorsko za regulaciju uvelianja. Kako se


10/48


10

elektroni jako raspruju na svim oblicima materije ceo instrument mora biti evakuisan ovisokog vakuuma. Sistempumpi obezbeuje vakuum u koloni ime se obezbeuje vedaproornost i onemoguduje jonizacija molekula vazuha. Posleica toga je a se elektronskimmikroskopom mogu posmatrati samo savreno suvi objekti.

Elektronski top se sastoji od zagrevane katode razliitog oblika (ice, ploe) kojaemituje elektrone, Wehneltovog cilindra za prvo fokusiranje elektrona i anode sa otvorom.Emitovani elektroni usmeravaju se ka anoi koja ima funkciju proputanja elektrona tanodefinisanih energija. Kondenzor je po pravilu vostruk tj. sastoji se o elektronskog soivavelike i male arine aljine. Time se smanjuje ozraeno poruje objekta (i na nekolikomikrometara) i spreava prekomerno zagrevanje. Elektronski top i konenzor nazivaju se (uanalogiji sa optikim mikroskopom) rasvetnim sistemom elektronskog mikroskopa. Da bi semogao raspoznati objekat veliine 1 nm potrebno je na njega usmeriti elektrone koji de imatibrzinu priblinu 100 000 m/s. Ubrzanje elektrona o takvih brzina zahteva veliki napon, 50100 kV. Time se obija vrlo uzak snop elektrona to oreuje visoku rezoluciju mikroskopa.

Elektronska soiva jesu elektrina i magnetna polja, simetrina u onosu na osu instrumenta;ona savijaju staze elektrona jenako kao to staklena soiva savijaju zrake svetlosti.

Magnetna soiva su magnetna polja stvorena uz uske osno-simetrine procepe ukuditima o feromagnetnog materijala u kojima se nalaze namoti ice sa elektrinomstrujom. Jaina soiva jenostavno se menja promenom jaine elektrine struje. Vedinasavremenih elektronskih mikroskopa koristi magnetna soiva, jer je taa postignuto najvederazvajanje i povedanje. Meutim olini rezultati su postignuti i elektronskim mikroskopimau kojima se nalaze jenopotencijalna elektrostatika soiva i magnetna soiva sapermanentinim magnetima.

Tipina priblina povedanja pojeinanih soiva su: objektiv 25x, meusoivo 8x,projektor 100x. Prema tome na fluorescentno zastoru ili fotografskoj slici dobija se ukupnopovedanje ~ 20 000 puta. Konano povedanje moe se menjati promenom jaine strujenapajanja meusoiva i projektora. Najvede korisno uvedanje je ono minimalno povedanjeslike pri kojem su razvojeni i najmanji etalji to ih mikroskop moe razluiti.

Elektronska soiva imaju niz aberacija koje ograniavaju mod razdvajanjamikroskopa. Kao i ko optikog, aberacije objektiva su aleko najvanije. Uopteno aberacijesu manje to je snop elektrona blie osi sistema, ali sferna aberacija ne iezava ni na osisoiva. Osim toga na razvajanje utie nesavrenost izrae soiva i nejenolikost brzineelektrona u elektronskom snopu (hromatska aberacija) usled nestabilnosti napajanjaelektronskog topa.

irina snopa i ostupanje staza o ose ograniavaju se dijafragmama (obinoizraenim o platine i molibena) koje se mogu umetati u soiva. Sferna aberacija (stazeivinih elektrona elektrona udaljenijih od ose seku optiku osu soiva pre nego stazesreinjih elektrona snopa) je glavni neostatak objektiva i nema naina a se korekcijomukloni. TEM se uglavnom koristi za analizu unutranjih struktura objekata delijskihorganela, virusa, molekulskih agregata.


11/48


11

Slika 3.Elektronski mikroskop

4.1.

Stvaranje slike i kontrast slike u elektronskommikroskopu

U savremen elektronski mikroskop moe se objekat koji se ispituje unositi tako dazrak ulazi samo u komoru nosaa objekta, ok se u ostalim elovima instrumenta oravavisoki vakuum. Sama komora nosaa objekta moe se nakon ponovnog zatvaranja brzoevakiusati. Objekti u transmisionoj elektronskoj mikroskopiji vrlo su tanki, debljina im je redaveliine nekoliko esetina ili stotina nanometara to zahteva posebne tehnike pripremeuzorka. Kada gotovo paralelni snop elektrona prolazi objektom jedan deo elektrona se neotkloni, rugi se eo raspri elastino (koherentno) ili neelastino. Jenostavnim menjanjem

jaine soiva i povoljnim izborom ijafragmi moe se na fluorescentnom zastoru obiti ilielektronska mikroskopska slika (mikrografija) ili difrakciona slika objekta. Ako se svi elektronikoji su bili raspreni u malom elementu volumena tog objekta u razliite smerove opetsastanu u jenoj taki na fluorescentnom zastoru, nastaje mikroskopska slika tog elementavolumena. Ukoliko se svi elektroni koji su koherentno raspreni u obasjanom volumenuobjekta pod istim uglom tj. u istom smeru, skupe pomodu sistema soiva u istu taku nafluorescentnom zastoru nastade ifrakcioni maksimum za taj ugao.

Difrakcija je skup pojava koje su rezultat skretanja talasa sa prvobitnog pravcaprostiranja usle nailaenja na prepreke. Uzmu li se u obzir i zraci koherentno raspreni uostalim smerovima dobija se na zastoru potpuna difrakciona slika objekta ili odabiranjempogonih ijafragmi, ifrakciona slika oreenog poruja u objektu. Ako se umetnepogodna dijafragma mogu se zaustaviti svi ifrakcioni snopovi pa konanu sliku stvara ravnisnop i elektroni neelastino raspreni po malim uglovima. To je tzv. slika svetlog polja, akontrast te slike koji nastaje usle uklanjanja elektrona obijenih o razliite elove objektase stoga naziva difrakcijski kontrast. Poruja objekta velike modi rasprenja na slici sutamna. Proputanjem intenzivnog rasprenog snopa kroz ijafragmu stvara se slika tamnog

polja. U amorfnim i biolokim materijalima kontrast slike svetlog polja nastaje samo usledtoga to jean eo rasprenih elektrona nije proputen kroz ijafragmu. Oni elovi koji sueblji i vede gustine de raspriti vie elektrona nego tanji elovi manje gustine. Kontrast semoe povedati selektivnom asorpcijom tekih atoma u pojeinimdelovima objekta.


12/48


12

Difrakcija elektrona predstavlja bitan mehanizam u stvaranju slike i njenogkontrasta. Zato elektronska difrakcijska analizaprestavlja nezamenjivu metou istraivanjastrukturnih osobina kristalnih matrija. Elektronska difrakcijska slika uzorka moe se ostvaritizajeno sa njegovom elektronskomikroskopskom slikom to je velika prenost metoe.Elektroni u objektu se otklanjaju usled delovanja elektronskih polja unutar atoma, a delom

gube energiju usled apsorpcije, ekscitacije drugih elektrona, jonizacije. S druge strane,pozitivno nabijena jezgra raspruju elektrone tako to im promene smer, a brzina ostaje ista.Ti elastino ili koherentno raspreni elektroni stvaraju ifrakcionu sliku. Menjanjem brzinenastaje neelastino rasprenje. Elektroni koji prou objektom bez menjanja smera i mali brojneelastino rasprenih elektrona stvaraju elektronmikroskopsku sliku svetlog polja. Naosnovu gustine proputenih elektrona kroz objekat projektuje se slika uzorka na ekranu fluorescentna ili digitalna obrada.

4.2.Pripremanje uzorka

Zbog niske proorne modi elektrona uzorci moraju biti izuzetno tanki. Glavnipostupci pripremanja tankih filmova uzorka, priblino paralelnih strana i iste povrine jesu:a) hemijsko, elektrohemijsko ili mehaniki stanjivanje uzorka, b) nanoenje tankih filmovaisparavanjem i kondenzacijom u vakuumu, c) pravljenje otisaka povrine, replike. Izveden jevedi broj konstrukcija elektronskog mikroskopa kojim se mogu posmatrati osim prozranih imasivni, neprozrani objekti. Meu njima su elektronski mikroanalizator (mikrosonda) iskenirajuielektronski mikroskop.

Mikrosondaje instrument za analizu hemijskog sastava povrine objekta pomoduispitivanja spektra rendgenskih zraka nastalih osvetljavanjem objekta usko fokusiranim

snopom elektrona. Svaki element ima svoj posebni, strogo oreeni spektar karakteristinihrengenskih linija, razliit o spektra bilo kog rugog hemijskog elementa.

Slika 4.Ta-V sa TEM-a Slika 5. Germanijum sa TITAN-a


13/48


13

4.3.Konstrukcija transmisijskog elektronskog mikroskopa

(TEM-a)

Na slici 6je prikazana ema trnsmisijskog elektronskog mikroskopa (TEM).

Slika 6. ema tramsmisijskog elektronskog mikroskopa (TEM).

4.3.1.Vakuum sistem

Osnovni elovi smeteni su unutar glavne mikroskopske kolone-metalnog cilindra ukome je vakuum:

elektronski top, konenzatorsko soivo, mesto za uzorak, objektivsko soivo, projektorsko soivo, fluorscentni ekran i fotografska ploa.Vakuum sistem-pumpe obezbeuju vakuum u koloni ime se obezbeuje veda

proornost elektrona u koloni i onemoguduje jonizacija molekula vazuha.

4.3.2.Elektronski top

Elektronski top rai na principu termike emisije ili emisije poljem. Izvor elektrona jekatoda-uarena volframova nit, Wheneltonovog cilindra i anode . Neki elektronskimikroskopi koriste elektrone emitovane iz katoe koju ini uareni kristal lantan-heksaboridailjatog oblika presvuen slojem cirkonijum-oksida. Primenom ovog elktronskog topa moese obiti vrlo uzan snop elektrona, to oreuje visoku rezoluciju mikroskopa. Na slici 7 jeprikazan elektronski top-izvor elektrona.


14/48


14

Slika 7. Elektronski top izvor elektrona

Prolaskom struje kroz katodu, katoda se zagreva. Pri dovoljno visokoj temperaturi elektroniobijaju potrebnu energiju (izlazni ra) i olazi o emisije elektrona. Sa porastom elektrinestruje raste temperatura katoe i broj emitovanih elektrona. Pri oreenoj temperaturiolazi o zasidenja i alji porast temperature ne povedava broj emitovanih elektrona.

Katoa je bolja ako ima manji izlazni ra (nia temperatura, manja jaina struje krozkatou). Najede se koristi katoa o volframa. Neostatak katoe o volframa je velikavrednost izlaznog rada (potrebna temperatura o 2700 K), a prenost je visoka takatopljenja koja osigurava dug vek trajanja katode. Katoda i Wheneltov cilindar se nalaze na

nagativnom potencijalu dok je anoda uzemljena. Ova razlika potencijala naziva seubrzavajudi potencijal i iznosi 80-400 kV.

Kaa ne bi bilo Wehneltovog cilinra i anoe, elektroni bi ostali u poruju oko katoe istvorili naelektrisanje u prostoru. Anoa (vii potencijal) privlai elektrone i aje imakceleraciju. Svrha Wehneltovog cilindra je formiranje snopa elektrona kao povedanje jainestruje snopa elektrona.Riar-amanova jenaina je prikazana u izrazu (1):

J = A T (1)gde je: J-gustina struje, k-Bolcmanova konstanta, T-termoinamika temperatura, W-radna

funkcija metala, A- konstanta.

Ova jenaina pokazuje a u cilju postuzanja ovoljne gustine struje je potrebno zagrevanjeemitera, voedi rauna a ne prouzrokuje tetu primenom prekomerne toplote, iz tograzlogauzima se materijal koji ima visoku taku kljuanja, kao to je volfram.

4.3.3.Optika TEM-a

Elektronska soiva su tako izajnirana a eluju na nain po uzoru na optiko soivo.Umesto izvora svetlosti kod transmisijskog elektronskog mikroskopa postoji izvor elektrona,

a umesto staklenih soiva za apsorbovanje zraka elektrona koriste se tzv. elektronska soiva.


15/48


15

Elektronsko soivo moe elovati na snop elektrona uz pomod elektrinog polja, pa se takvasoiva nazivaju elektrostatika soiva. ruga vrsta elektronskih soiva temelji se naprincipima magnetnog polja, pa se nazivaju magnetna soiva.Ko elektrostatikih soiva elektrino polje stvara naelektrisani prstenasti kondenzator, dokse ko magnetnih soiva magnetno polje stvara oko kalema kroz koji tee struja.

Konenzatorska soiva imaju ulogu irenja elektronskog snopa i usmeravanje struje nauzorak.Objektivsko soivo slui za izotravanje promenom jaine struje.Projktorsko soivo ima ulogu regulacije uvedanja. Promenom jaine struje u njemu, fokusnataka se pomera gore-ole u optike ose. Projektorska soiva omogudavaju pravilnuraspodelu elektronskih talasa. Za stvaranje slike je neophodno najmanje etiri soiva. Na slici8 je prikazana osnovna elektron-optika konfiguracija.

Slika 8. Osnovna elektron-optika konfiguracija

Fluorscentni ekran emituje svetlost pod uticajem elektronskog bombardovanja (cink-sulfi, it.). Fotografska ploa je smetena ispo fluorscentnog ekana i ona slui za kasnijuanalizu.


16/48


17/48


17

4.4.Prednosti TEM-a

Transmisioni elektronski mikroskop (TEM) ima izuzetno veliki opseg uvedanja o 50 o 10 puta i mogudnost obijanja slike unutranjosti tankih uzoraka materijala u veoma visokojrezoluciji, zajedno sa elektronskim difrakcionim podacima.U tipinom TEM eksperimentu primarni elektroni se ubrzavaju do energija od 100 keV do 1MeV i usmeravaju na tanak uzorak materijala do 200 nm. Transmisioni snop se detektujepomodu fluorscentnog ekrana, fotofilma ili CC kamere.Kao to smo napre naveli transmisioni elektronski mikroskop (TEM) daje sliku kroz uzorak,

tj. uzorak u obliku tankog preseka. TEM oblikuje sliku pomodu elektrona koji se proputajukroz uzorak. Na TEM-u se ispituju strukture na mikronu, razni mikro precipitati koji nastajukao posleica mikrolegiranja, termike obrade ili degradacije strukture.

Na kraju, moemo konstantovati a je elektronska mikroskopija ostvarajudi etaljnaultrastrukturna ispitivanja, iz temelja promenila nae razumevanje grae delija. Neke seorganela ovoljno obro vie i koridenjem svetlosnog mikroskopa, ali se uz pomodelektronskog mikroskopa mogu vriti mnogo etaljnija istraivanja. Pore toga, elektronskamikroskopija je otkrila delijske strukture koje su jako male a bi se mogle primetitisvetlosnim mikroskopom. One ukljuuju ribozome, membrane, i dr.

4.5.Mane TEM-a

Snimanje je inamino, uzorak moe da se menja tokom rada. Neophodan visoko stabilan napon. Rad i manipulacija uzorcima u UHV uslovima. Osetljivost na vibracije zbog ega su urejaji najede u porumskom

prostoru. Potrebna magnetno izolovana sredina. Soba u kojoj se nalazi TITAN kota oko 106$.

Proizvoai TEM-a su:

JEOL JEM-1400, Japan; ZEISS EM10A;TITAN.


18/48


18

5.SKENIRAJUI ELEKTRONSKIMIKROSKOP (SEM)

Skenirajui elektronski mikroskop(SEM) je instrument za prouavanje mikroreljefa,morfologije objekta. Skeniranje povrine se ostvaruje prelaenjem uskog snopa primarnihelektrona preko povrine uzorka. U svakoj taki uzorka u interakciji primarnog elektrona iatoma uzorka dolazi do stvaranja signala koji se detektuje. Sliku daju sekundarni elektronikoji su dislociraniizbaeni sa porine skeniranog uzorka. Moe biti izraen samostalno ili seu transmisioni mikroskop mogu ugraditi elementi za brzi prelaz od transmisione namorfoloku mikroskopiju istog objekta. Ukoliko je ugraen i rengenski spektrometar,instrument se moe upotrebiti i kao mikrosona, pa se o istom objektu mogu obiti poaci osastavu, morfologiji i strukturnim osobinama.

Primena ovog mikroskopa je u istraivanju mikroorganizama, krvnih zrnaca,biolokih struktura, vlakana, legura, polimera. Elektronska mikroskopija je, ostvarujudietaljna ultrastrukturna istraivanja, iz temelja promenila saznanja o grai delija. Neke seorganele poput jezgra i mitohonrija obro vie i koridenjem svetlosnog mikroskopa, ali sepomodu elektronskog vre mnogo etaljnija ispitivanja. Pore toga, elektronska mikroskopija

je otkrila delijske strukture koje su premalene a bi se mogle vieti svetlosnim mikroskopom.One ukljuuju ribozome, mikrotubule, mikrofilamente i strukture membrana. Mogudnostiprimene elektronske mikroskopije su neograniene i svakonevno smo sveoci gotovoeksplozivnog razvoja mikroskopije u mnogim granama istraivanja.

Na slici 10. je prikazan izgle skenirajudeg elektronskog mikroskopa (SEM-a).

Slika 10. Izgled SEM-aJEOL


19/48


19

5.1.

Sastavni delovi SEM-aSvi SEM ureaji sastoje se o elektronske kolone koja stvara snop elektrona;

komore za uzorke, gde snop elektrona "pada" na uzorak; detektore koji promatrajuvarijabilnost signala koji dolaze od interakcije uzorka i snopa; ureaja za gledanje kojipretvara signale u vidljivu sliku. Komora elektronskog topa u kojoj se stvara snop elektronanalazi se na vrhu kolone. U njoj elektrostatsko polje usmerava elektrone koji se emitiraju izvrlo malog dela povrine elektroe, kroz mali otvor na Wehnhelt-ovom cilindru.

Nakon toga elektronski top ubrzava elektrone niz kolonu prema uzorku s energijamakoje se kredu u rasponu o nekoliko stotina do nekoliko desetaka hiljada volti. Ima nekoliko

vrsta elektronskih topova wolfram, LaB6 (lantan heksaborid) i emisija kroz polje. Obekoriste razliite materijale za elektroe i fizike principe, ali zajeniko ime je stvaranjeusmerenog snopa elektrona koji je stabilan i ovoljno snaan pri najmanjoj mogudoj povrini.

Elektroni se emitiraju iz elektronskog topa kao divergentni snop. Skup magnetskihleda i otvora unutar kolone rekonvergiraju i fokusiraju snop u umanjenu sliku secitasnopa.Blizu samog dna kolone nalazi se set skenirajudih elektromagneta koji na specifian na inreflektuju snop prema zanjoj ledi, koja fokusira snop u to manju takuna povrini uzorka.

Snop elektrona izlazi iz kolone u komoru s uzorcima. U komori se nalazi ploa (stage)koja omoguduje manipulaciju s uzorkom, vrata, koja je ujeno i hermetiki zabravljena, a

slui za umetanje i uklanjanje uzorka, ulazni konektori za umetanje raznihdetektora signala iostalih oatnih ureaja. Kako elektroni iz snopa proiru na uzorak, tako predaju energiju,koja se emituje iz uzorka na nekoliko naina. Svako emitovanje znaii potencijalni signal zaetektore, koji iz njih mogu kreirati ogovarajudu sliku.

Linearno povedanje, rezolucija i ubina polja osnovne su veliine koje opisuju kvalitet SEM-a.One su meusobno zavisne, stoga poboljanje jene moe ograniiti rugu veliinu.Najmanja veliina take na ekranu katone cevi je 0,1 mm. Kvarat na ekranu katone ceviija je uina stranice 0,1 mm zovemo element slike ili pixel. Pixel je osnovna jeinica slikebez unutranje strukture jenoliko istribuiranog inteziteta.

Kvarat na ekranu katone cevi ija je uina stranice 100 mm sari 1000 x 1000 pixelaslike.Slika u SEM-u nastaje postepeno tokom vremena pa pomeranje take na ekranu katonecevi odgovara pomeranju take na uzorku. Za svaki pixel slike postoji ogovarajudi pixeluzorka. Najbolja rezolucija se postie kaa je prenik probe (tj. volume informacija) jenakpixelu uzorka. Ako je prenik probe vedi o pixela uzorka signali iz susenih pixe la sepreklapaju pa je rezolucija regrairana. Ako je prenik probe manji o pixela uzorka signal

je slab.


20/48


20

Slika 11. Prikaz snimanja skenirajudeg mikroskopa

5.2.

Stvaranje slike

Razliito od svetlosti u optikom mikroskopu, elektroni u SEM ureaju nika neformiraju stvarnu sliku uzorka. Umesto toga, SEM formira virtualnu sliku iz signala koji suemitirani iz uzorka. Ureaj rai na nain a elektronskim snopom skenira liniju po linijupreko kvaratnog preloka na povrini uzorka. Oblik preloka skeniranja efiniepovrinukoja de biti prikazana na slici. U svakom trenutku procesa snop elektrona osvetljava samo

jednu taku na preloku. Kako se snop elektrona pomera od take do take,signali koji sestvaraju variraju snagom, reflektirajudi na taj nain razliitosti u uzorku.

Izlazni signal je stoga perioini tok poataka. Moerni ureaji imaju mogudnostdigitalne obrae, onosno pretvaranje analognih signala iz etektora u skup numeri kihvrednosti, s kojima se naknano moe manipulisati na eljeni nain. Uobiajeno svi SEMureaji koristejednostavan prikaz slike temeljen na katodnoj cijevi (Cathode Ray Tube - CRT).CRT se sastoji od vakuumske cijevi koja na jednom kraju poseduje fosforni premaz kojipobuen elektronima emituje svetlost, a na drugom kraju izvor elektrona i skupeflektirajudih elektromagneta. Slino kao u SEM ureaju, formira se snop elektrona iubrzava se prema fosforu. Skup elektromagneta skeniraju snop prema rasterskom preloku,a fosforni premaz, pobuen elektronima pretvara energiju elektrona u vidljivu svjetlost.Intenzitet svetla zavisi o intenzitetu snopa elektrona u katonoj cijevi. Usklaivanjem CRTskeniranja i SEM skeniranja i moduliranjem CRT elektronskog snopa sa signalom slike, sastav

prikazuje taku na CRT, prikazujudi sliku skenirane take na povrini uzorka.


21/48


21

5.3.Priprema uzoraka

Uzorci se seku specijalnim uredjajem (ultramicrotome) sa ijamantskim seivom.Dobiju se uzorci debljine od 90nm. Bioloki uzorci se hemijski fiksiraju (glutoralehiom iliformaldehidom), dehidriraju etanolom koji se uklanja u kritinoj taki CO2, zatim se fiksiraju

za nosa. Koristi se graphen, koji je karbonski nanomaterijal, koji moe a se obije umonoatomskom sloju i koji je providan za elektrone.

Uzorci mogu da se fiksiraju i utapanjem u Araldit ili akrilat i seku na potrebnudebljinu. Za tanjenje uzoraka se koristi i ion beem milling ili spaterovanje jonima argona.Uzorci se mogu preparirati i brzim zamrzavanjem (crioficsation) u LN2ili LHe. Za SEMuzorcimoraju da imaju dodatne osobine. Moraju biti provoni, uzemljeni i isti.Najede senaparavaju (conductive coating) zlatom ili paladijumom .

Slika 12. Priprema uzoraka Slika 13.Slika sa SEM-a


22/48


22

5.4.KONSTRUKCIJA I NAIN RADA SKENIRAJUEGELEKTRONSKOG MIKROSKOPA (SEM)

ematski prokaz osnovnih komponenti SEM-a prikazan je na slici 14.

Slika 14. ematski prikaz SEM-a.

5.4.1.Vakuumski ventil

Funkcija elektronsko-optike kolone koja prethoi uzorku je stvaranje snopa elektrona,kao kontrola njegovih osnovnih parametra-prenika,struje i divergencije. Elektonsko-optikakolona se nalazi unutar vakuuma. Vakuumski sistem je izrazito vaan. Glavna uloga mu je aosigura slobodan put snopa elektrona do uzorka.

Elektronsko-optika kolona i uzorak, sami po sebi sare oreeni nivo zagaenja.

Vakuumski sistem zavisi o vrste elektronskog polja i nivoa zagaenja koja se mogukontrolisati. Elektronski top sa katoom koja rai na principu termike emisije zahtevavakuum izmeu 10 Pa (LaB6, lantan heksabori) i 10 Pa (volfram). Elektronski top sakatoom o volframa koja rai na principu emisije poljem zahteva vakuum izmeu 10 i10 Pa.

5.4.2.

Elektronski top

Elektronski top rai na principu termike emisije ili emisije poljem. Elektronski top sastojise od katode (niti), Wheneltonovog cilindra i anode. Prolaskom struje kroz katodu, katoda se


23/48


23

zagreva. Pri dovoljno visokoj temperaturi elektroni dobijaju potrebnu energiju (izlazni rad) iolazi o emisije elektrona. Sa porastom elektrine struje raste temperatura katode i brojemitovanih elektrona. Pri oreenoj temperaturi olazi o zasidenja i alji porasttemperature ne povedava broj emitovanih elektrona.

Katoa je bolja ako ima manji izlazni ra (nia temperatura, manja jaina struje kroz

katou). Najede se koristi katoa o volframa. Neostatak katoe o volframa je velikavrednost izlaznog rada (potrebna temperatura od 2700 K), a prednost je visoka takatopljenja koja osigurava dug vek trajanja katode. Katoda i Wheneltov cilindar se nalaze nanagativnom potencijalu dok je anoda uzemljena. Ova razlika potencijala naziva seubrzavajudi potencijal i iznosi 5-50 kV. Ubrzavajudi potencijal je manji nego kod TEM-a za kojiiznosi 80-400 kV. Razlog ove velike razlike ubrzavajudeg potencijala je injenica a ko SEM-anema potrebe za isuvie ubokim proiranjem u uzorak, jer kao to smo to ved naglasili,SEM slui za prouavanje uzorka.

Kada ne bi bilo Wehneltovog cilinra i anoe, elektroni bi ostali u poruju oko katoe istvorili naelektrisanje u prostoru. Anoa (vii potencijal) privlai elektrone i aje im

akceleraciju. Svrha Wehneltovog cilinra je formiranje snopa elektrona kao povedanjejainestruje snopa elektrona.

oavanje otpornika izmeu katoe i Wehneltovog cilinra, katoa de biti na neznatnoviem potencijalu o Wehneltovog cilinra (oko 200 V). Novonastalo elektrino polje izmeurazliitih elova elektronskog topa elujekao konvergentna soiva. Snop je fokusiran ispreanoe i prolazi kroz otvor na anoi. Putanje elektrona priblino su paralelne crte sa uglomdivergencije 10 raa ili jo manje.

Sistem elektromagnetnih soiva umanjuje snop i konani prenik snopa (probe) na uzorkuje svega 2-10 nm. Mali prenik probe jean je o osnovnih zahteva za obijanje slike u SEM -u. Kako se postignuti prenik probe smanjuje sa povedanjem svetlosti snopa B, svetlost

snopa jean je o vanih parametra.Svetlost snopa B (A/cmsr) data je izrazom (1):

B =

(1)

gde je I-jaina struje, r-radijus katode, -polovina ugla konvergencije snopa.Elektronski top sa katoom o volframa postie svetlost snopa B = 10 A/cmsr ako su

ispunjeni sleedi uslovi: temperatura katoe 2700 K, ubrzavajudi potencijal 25 kV, isperzijaenergije emitovanih elektrona 2-3 eV. Na slici 15 je prikazan elektronski top.

Slika 15. Elektronski top


24/48


24

5.4.3.Elektromagmetna soiva

Bilo koje elektrino ili magnetno polje koje moe uticati na putanju snopa elektrona jeelektromagnetno soivo. Iako pri opisu elektromagnetnih soiva koristimo analogiju sasvetlosnom optikom, postoje i oreene razlike:

- putanje elektrona su ravne crte, ali zbog meusobnog elektrinog obijanja snop dedivergirati;

- unutar elektromagnetnih soiva ineks loma de se kontinuirano menjati i- pod uticajem magnetnog polja elektroni de se rotirati oko ose (ko svetlosti nema

ovog efekta).Elektromagnetna soiva se ele na elektrostatika i magnetna.Elektrostatika soiva eluju na snop elektrona jemoline brzine kao soiva optikog

mikroskopa na snop monohromatske svetlosti. Za svako elektrostatiko soivo mogu seefinisati ia, glavne ravnine i ine ualjenosti i pomodu tih parametara oreiti povedanjeslike.

Osno-simetrina soiva nastaju uz krune otvore na elektroama ili izmeu va cilinrana ogovarajudim potencijalima. Prenostt elektrostatikih soiva je mala imenzija i malivremenski interval skretanja snopa elektrona. Neostaci su vezani uz viljivu povrinu.Viljiva povrina mora biti blizu snopa elektrona a bi proizvela elektrino polje visokoginteziteta, mora biti obro efinisana i izrazito glatka. Povrina je osetljiva na oneidenje.Magnetsko polje proizvoe cilinrini kalemi. U SEM-u magnetska soiva se smetaju unutarebelog feromagnetinog cilinra. Jaina magnetnog polja proporcionalnaje broju kalema N

i struji i kroz kalem. Menjanjem jaine struje i kroz kalem menja se jaina soiva.Sila na elektronu koji ulazi u magnetno polje je F = e x B, gde je F-sila, e-naelektrisanje

elektrona, -brzina elektrona i B-magnetna indukcija. Na elektronu pri ulazu u magnetnopolje deluje horizontalna komponenta magnetnog polja Hr koja uzrokuje rotaciju elektronaoko vertikalne ose z. Povedanje vertikalne komponente magnetnog polja Hz aje elektronuimplus prema osi. Na kraju, delovanjem u suprotnom smeru horizontalna komponentamagnetnog polja Hr zaustavlja rotaciju elektrona. Ko magnetnih soiva menja se samo smerbrzine elektrona, ali ne i izlaz.

Na slici 16. su prikazana elektronska soiva: a) elektrostatiko i b) magnetno soivo.

a) b)Slika 16. Elektronska soiva: a) elektrostatiko soivo i b) magnetno soivo


25/48


25

5.4.4.Optiki sistem SEM-a

Sistem elektromagnetnih soiva SEM-a sastavljen je o va ili tri soiva. Elektronski topproizvoi monohromatski snop elektrona. Prenik katoe elektronskog topa je , a jainastruje snopa elektrona I. Udaljenost izmeu elektronskog topa i konenzatorskog soivaine ualjenosti fc je u. Prolaskom snopa elektrona kroz konenzatorsko soivo, snop dekonvergirati. Na udaljenosti o konenzatorskog soiva nastaje umanjena slika katoeprenika . Umanjeni prenik katode ddat je izrazom (2):

d= dx

(2)Soivo vede jaine stvarade sliku na manjoj ualjenosti , pa de i prenik katoe biti

manji. Raana ualjenost (w) je ualjenost izmeu soiva objektiva i uzorka. Veliinaprenika snopa (probe) na uzorku ata je izrazom (3):

d = dx

(3)Veliina prenika probe moe se kontrolisati i promenom jaine konenzatorskih soiva.Ualjenost izmeu konenzatorskih soiva i soiva objektiva je konstanta jenaka zbiruudaljenosti + u. Sa povedanjem jaine konenzatorskih soiva smanjuje se slika prenikakatode d, a povedava ualjenost slike o soiva objektiva u i prema tome dolazi dosmanjenja prenika probe d.

Konana jaina struje Idata je izrazom (4):I= Ix

(4)

Ugao po kojim zraci naputaju konenzatorsko soivo oznaili smo sa , dok je ugaopo kojim zraci ulaze u soivo objektiva. Konana jaina struje smanjuje se povedanjem

jaine konenzatorskog soiva i smanjenjem prenika A ijafragme soiva objektiva.

5.4.5.Nastanak i poveanje slike u SEM-u

Za razliku o rugih mikroskopa ge sve take slika nastaju istovremeno, u SEM-u se slikaizrauje postepeno tokom vremena. Zbog meuelovanja izmeu snopa elektrona i uzorka,iz svake take na povrini obijamo razliite signale.

Jedna od glavnih osobina SEM-a je upravo ta a se, u proncipu, bilo koje zraenje(emisija) ili bilo koja promena signala moe koristiti za obijanje slike. Signale skupljajuogovarajudi etektori npr., Everhart-Thornley-ev detektor skuplja (broj) sekundarnihelektrona (SE), a za struju indukovanu snopom elektrona (EBIC) detektor je sam uzorak.Razlika izmeu vremena potrebnog za skeniranje snopa elektrona i vremena potrebnog zaemisiju i detekciju signala je zanemarljiva. Istovremeno sa skeniranjem elektronskog snopana uzorku, mesto katone cevi se skenira preko ekrana. To se postie tako a struja kojaprolazi kroz kalem za skeniranje snopa prolazi i kroz ogovarajude kaleme katone cevi.


26/48


26

Nakon pojaanja jaine struje, struja iz detektora modulira osvetljenost mesta katodne cevi.Tako nastaje slika uzorka na ekranu katone cevi. Oba procesa kontrolie generator zaskeniranje.

Na slici 17. je prikazan kristal snega na razliitim nivoima uvedanja.

Slika 17. Kristal snega na razliitim nivoima uvedanja

Zrna veliine nekoliko stotina nanometra o jenog mikrometra snimaju se u opseguuvedanja 20.000x 50.000x, a pore veliine zrna, na ovim uvedanjima moe jasno a se viii mikrostrukura, odnosno, kristalna forma zrna.

Zrna veliine o 100 nm snimaju se u opsegu uvedanja 50.000x 100.000x. Bez obzira toje uzorak naparen slojem zlata ebljine oko 15 nm, mogude je pratiti morfolokekarakteristike nanometarskih veliina. Kaa zrna nisu u potunosti razvojena,nije ih mogudeni meriti, a slika izglea zamudeno. Najbolje merenje veliine nanozrna je u sluaju kaa su

zrna meusobno razvojena i ukoliko se zrna o interesa razlikuju po hemijskom sastavu opodloge. Ukoliko je uzorak prethodno naparen, prilikom merenja nanoestica treba imati uviu a ebljina sloja elektroprovonog materijala utie na veliinu estice. Pojeinimaterijali pokazuju zrna veliine nekoliko mikrona. Pri velikom uvedanju, meutim, zapaa sea su zrna zapravo agregati sainjeni i o nanometarskih zrna. S obzirom da se provodnimaterijali ne naparavaju, izmerene imenzije esice prestavljaju realnu veliinu estice. Naslici 7 su prikazani neki od signala koji se koriste za dobijanje slike u SEM-u.

Slika 18. Neki od signala koji se koriste za dobijanje slike u SEM-u


27/48


27

5.4.6.Detekcija sekundarnih elektrona

Osnovni delovi detektora sekundarnih elektrona bili su fosforni ekran i fotomultiplikator.Everhart i Thornley su oali vlakno izmeu fotomultiplikatora i fosfornog ekrana, ime se znatno povedala efikasnost.

Kaa sekunarni elektroni pogoe, fosforni ekran, olazi o emisije svetlosti. Svetlostse uz pomod vlakna sprovoi o fotomultiplikatora. Fotomultiplikator rai na sleedemprincipu: ubrzani foton pada na elektrodu malog izlaznog rada iz kojeg izbija elektrone. Ovielektroni su opet ubrzani i uaraju, saa ved mnogobrojniji, na rugu elektrou iz kojeizbijaju jo vie elektrona koji se opet ubrzavaju. Jaina nastale struje pojaava se oko 10puta i koristi za moduliranje katodne cevi. Efikasnost Everhart-Thornley-evog detektora jevelika. Ako je povri jepovrina glatka gotovo svi sekunarni elektronide biti etektovani. Naslici 19je prikazan ematski prikaz nastanka sekunarnih elektrona.

Slika 19. ematski prikaz nastanka sekunarnih elektrona

5.5.ANALIZA UZORKA SEM-OM

Skenirajudi elektronski mikroskop koristi fokusiran snop elektrona visoke energije zagenerisanje raznih signala na povrini vrstih uzoraka. Signali koji potiu o elektron -uzorakinterakcije otkrivaju informacije o uzorku ukljuujudi spoljanje morfologije (tekstura),hemijski sastav, strukturu i orjentaciju materijala koji ine uzorak. U vedini aplikacija, poacise prikupljaju tokom izabranog poruja povrine uzorka, i imenzionalna slika je generisanada prikazuje prostorne varijacije u ovim osobinama.

Analiza je vrena na aluminijumskom uzorku Al-Cu-Sb. Na slici 20 je prikazan previeniizotermalni odeljak termalnog Al-Cu-Sb sistema na 400 i eksperimentalno oerene fazeza est ispitivanih uzoraka.


28/48


28

Slika 20. Previeni izotermalni oeljak termalnog Al-Cu-Sb sistema na 400ieksperimentalno oreene faze kompozicije za est uzoraka

Na slici 21 su prikazane mikrostrukture za est uzoraka.

Slika 21. SEM mikrostrukture za est uzorka


29/48


30/48


30

Slika 23. Previeni izotrmalni oeljak termalnog Al-Cu-Sb sistema na 200sa obeleenomkompozicijom legure ispitivanih uzoraka prouavani o strane SEM-a i optikog mikroskopa.

Pore toga, kompozicije o legure uzoraka koji su analizirani koridenjem optikemikroskopije su oznaene naslici 23 kao dobre. Na predstavljenom izotermalnom poruijuna 200na slici 23, mogu se posmatrati trinaest razliitih polja, meu kojima imamo evettrofaznih i etiri vofaznih polja.

SEM mikrostrukturna analiza je sprovedena na dva uzorka legure iz dvofaznog polja(AlCu+CuSb, (Cu)+CuSb) i jenog uzorka iz trofaznog polja (AlSb+(Sb)+CuSb). obijeneSEM mikrografije analiziranih mikrostruktura predstavljene sun a slici 23.

Slika 24. SEM mikrosrukture uzoraka I, II i III.

Slike mikrostrukture od devet uzoraka legure obijene koridenjem optike mikroskopije

su prikazane na slici 25, dok su kompozicije ispitivanih uzoraka legure prikazane na slici 23, uporeenju sa izraunatim kompozicijama ogovarajudeg polja kojima aluminijumski uzorak


31/48


31

pripada predstavljenoj mikrostrukturi, predstavlja dobro slaganje. Na slici 25 su prikazanemikrostrukture posmatrane optikim mikroskopom.

Slika 25. Mikrostrukture posmatrane optikim mikroskopom

Na osnovu termoinamikih poataka iz literature za konstitutivne binarne sistemetenih povrinskih projekcija termalnih Al-Cu-Sb sistema izraunata je ipredstavljena na slici26.


32/48


32

Slika 26. Izraunata projekcija tenog termalnog Al-Cu-Sb sistema

Kao to moemo a viimo na slici 26, na izraunatim termalnim povrinama imamoeset primarnih kristalizovanih polja: (Cu), (Sb), (Al), AlSb, AlCu, AlCu, (CuSb, CuAl), CuSb,AlCu, AlCu). Tri o njih ((Al), AlCu i AlCu) su vrlo mala, ok je AlSb primarno kristalno poljeznatno vede. ta vie postojanje est invarijantnih reakcija moe biti posmatrano naprestavljenoj projekciji. O est invarijantnih reakcija tri su E-tipa (L ). Preostaletri predstavljaju U-tip reakcije (L + ).

SEM je u stanju a obavlja analize izabrane take lokacija na uzorku i ovaj pristup jeposebno koristan za kvalitativno i kvantitativno oreivanje polu-hemijske kompozicije(koristedi ES) i kristalne strukutre (koristedi EBS).

Analiza SEM-om je izvrena na uzorcima kalcinisanih K_ZnAl i K_TiO. Ko K_ZnAletektovano je prisustvo velikih aglomerata, ploastih estica spojenih po ivicama porazliitim uglovima. Ovi rezultati su u sklau sa literaturnim navoima po kojima se slojevitihoroksii i njihovi meovti oksii imaju estice oblika pustinjske rue karakteristinog zaovakve materijale. SEM snimci ovog uzorka potvruju uspenu sintezu slojevitih hiroksia,kao i zaravanje ovakve morfologije nakon termikog tretmana i formiranja nestehiometrijskih meovitih oksia.

Ko kalcinisanog uzorakaTiO (K_TiO) na SEM snimcima su uoeni aglomerati sfernog icilinrinog oblika razliitih imenzija.


33/48


33

SEM snimci kalcinisanih K_ZnAl i K_TiO su prikazani na slici 27.

Slika 27. SEM snimci kalcinisanih K_ZnAl i K_TiO

Na slici 28 su prikazani SEM snimci kalcinisanih uzoraka impregnisanih u neutralnoj(K_ZnAl_3Ti_V) i baznoj sredini (K_ZnAl_3Ti_B).

Slika 28. SEM snimci kalcinisanih uzoraka impregnisanih u neutralnoj (K_ZnAl_3Ti_V) i baznojsredini (K_ZnAl_3Ti_B).


34/48


34

SEM analiza je pokazala razliku u morfologiji sintetisanih uzoraka impregnisanih u razliitimpH sreinama. Ko uzoraka K_ZnAl_3Ti_V se uoava morfologija pustinjske rue, tipina zaslojevite hidrokside, kao i za njihove meovite oksie. Kaa se uporee morfologijeK_ZnAl(slika 27) i K_ZnAl_3Ti_V, uoava se a su aglomerati ploastih estica ko uzorakaK_ZnAl_3Ti_V manjih imenzija, a na vedim uvedanjima se uoava prisustvo sfernih estica

ugraene izmeu ploastih estica.SEM snimci pri razliitim uvedanjima impregnisanih uzoraka u baznoj sreini su prikazani naslici 29.

Slika 29.SEM snimci pri razliitim uvedanjima impregnisanih uzoraka u baznoj sreini

Uoava se znaajna razlika u morfologiji izmeu ovih uzoraka u zavisnosti o uelaimpregnisanog TiO. Ko uzoraka K_ZnAl_1Ti_B etektovane su male sferine estice koje semogu prepisati manjem uelu impregnisanog TiO. Ko uzoraka K_ZnAl_2Ti_B uoeno jeprisustvo aglomerata ploastih estica u formaciji pustinjske rue, kao i prisustvo vedih

sferinih estica najverovatnije usle vedeg uela TiO.Ko uzoraka sa najvedim uelom impregnisanog TiO (K_ZnaAl_3Ti_B) ominiraju sferne

estice razliitih veliina, imenzija, nego ko uzoraka sa manjim sarajem TiO. Ova analizaukazuje na uticaj saraja TiO prilikom impregnacije. Na slici 19 su prikazani snimci prirazliitim uvedanjima uzoraka K_ZnAl_3Ti, K_ZnAl_UK_3Ti i K_ZnAl_3Ti_B sintetisanirazliitim metoama sinteze.


35/48


35

Slika 30. SEMsnimci pri razliitim uvedanjima uzoraka K_ZnAl_3Ti, K_ZnAl_UK_3Ti iK_ZnAl_3Ti_B sintetisani razliitim metodama sinteze

Elementarna analiza povrinske strukture sintetisanih uzoraka izvrena je metoom

disperzione spektroskopije (eng. Energy Dispersive Spectroscopy, EDS). Iako je EDS analizapovrinska metoa koja aje semikvantitativne poatke o sastavu povrine, uslesubjektivnog biranja taaka za analizu, nije mogude eliminisati greku. Na slici 31 i 32 suprikazane lokacije na povrini uzoraka ge su izvoena ES ispitivanja.

Slika 31. ES spektar K_ZnAl i SEM snimak sa lokacijom na kojoj je vrenaEDS analiza


36/48


36

Slika 32. ES spektar K_TiO i SEM snimak sa lokacijom na kojoj je vrenaES analiza

Za kvalitativnu analizu kalcinisanog slojevitog hidroksida (K_ZnAl) odabran jereprezentativni ES spektar ge je etektovano prisustvo O, Zn i Al na povrini to ukazujena sintezu slojevitih hidroksida. EDS analiza TiO je prikazana na slici 32. Detektovani supikovi karakteristini za Ti i O.

Pomodu sistema elektromagnetnih soiva elektroni se usmeravaju prema povriniuzoraka. Upadni elektroni se vradaju bilo kao primarno raspreni ili kao sekunarno rasprenikoji se najvie koriste za ispitivanje povrine. Najlake se etektuju sekunarni elektroni jersu mnogobrojni i malih energija. Ako snop pretrai povrinu, poaci se mogu pretvoriti uviljivu skenirajudu sliku i time napraviti bilo analizu reljefa, bilo hemijskog sastava. Primerreljefne slike je prikazan na slici 33.

Slika 22. Primer reljefne slike

Na slici 33 vii se rast ugljenikovih nano estica epozicijom na polikristalnom uzorku Ni,pa se uoava a estice ne rastu u estica kristala. Na slici 34 je prikazan EDS rendgentski


37/48


37

spektar za tanki film Al-Ga-N na polozi SiC, pokazujudi a je sloj ovoljno ebeo te elektroninisu prorli o pologe jer se u spektru ne uoavaju linije Si i C.

Slika 34. EDS rendgentsk spekta za tanki film Al-Ga-N na podlozi SiC

Na slici 35 je prikazana SEM slika obijena pomodu primarnih elektrona rasprenihunaza sa uzorka PbSn (svetla poruija pokazuju elove uzoraka bogate Pb).

Slika 35. SEM slika obijena pomodu primarnih elektrona rasprenih unazas sa uzorka PbSn


38/48


38

5.6.Prednosti SEM-a

Izbor instrumenta za mikroskopsku analizu zavisi, pre svega, od karakteristikaestica metalnih prahova i sinterovanih proizvoa, ali se smatra a je najefikasnije koridenjeskenirajudeg elektronskog mikroskopa iz va bitna razloga: zbog veliine polja koje moe a

se obuhvati za analizu i zbog kombinacije sa kvalitativnom rendgenskom analizom materijala,rai oreivanja sastava faza u njemu. Skenirajudi elektronski mikroskop (SEM) aje slikupovrine uzorka. SEM skenira povrinu uzorka, sliku oblikuje detekcijom elektrona koji seobijaju o spoljanje povrine uzorka i aje utisak ubine (3).

obijanje slike uzorka skenirajudim elektronskim mikroskopom (SEM)omogudavaju apsorbovani, povratno rasprteni i sekunarni elektroni. Zvog toga uzorak nemora a bue tanak, to olakava njegovu primenu, a energija elektrona primarnog snopa nemora da bude visoka, jer elektroni ne moraju da prolaze kroz uzorak. Pored toga, dodatnimelektromagnetnim poljem (kalema za skeniranje) omogudeno je kontrolisano i programirano

skretanje snopa elektrona. Na taj nain se i izuzetno male povrine uzorka mogu, liniju poliniju pregledati- skenirati.

Kao to smo naper istakli, ko SEM-a izvor elektrona je elektronski top, aupani zrak se elektromagnetnim soivima fokusira na uzorak, pri emu je omogudeno injegovo skretanje radi skeniranja uzorka. Slika se dobija ispred uzorka, a proizvode jeodbijeni i sekundarni emitovani elektroni.

Sliku je mogude obiti na fluorscentonoj zavesi, fotoosetljivom filmuili zabeleitivieo kamerom. Ko novijih mikroskopa uzorak nije irektno uzemljen, ved preko otpornika,kroz koji nereflektovani elektroni stvaraju potencijalnu razliku. Ona se moe pogonim

instrumentom pojaati i uz kompjutersku opremu iskoristiti za formiranje digitalne sliketrede generacije. Zahvaljujudi takvim slikama mogude je pradenje inaminih fenomena uelektronskim ureajima, na primer u magnetnim kolima.

SEM je naao veliku primenu u: geologoji (sastav tla, fosili), biologiji (rasporeelemenata u organizmima i organima), medicini, hemiji, kod ispitivanja materijala,foreznikih ispitivanja, pa ak I u arhelogiji (mumije).

Proizvoai SEM-a su:

TESCAN, eka kompanija sa seitem u Brnu;

FEI COMPANY, seite Hillsboro, Oregon, SA;

JEOL, seite Tokio (Japan).

Proizvoai analizatora su:

AMATEX;

OKSFOR i

BRUKER


39/48


39

6.RENDGENO-DIFRAKTOMETRIJSKA

(XRD) ANALIZA

6.1.Teorijske osnove

Rendgeno-strukturna analiza (RSA) je tehnika za ispitivanje kristalnihsupstanci koja pri tom koristi difrakcionu sliku (difraktogram) dobijenu rasejavanjemrendgenskog zraenja ( X-zraenja) na ispitivanom kristalu. Osnovni cilj ove analize jesteodreivaje kristalne i molekulske strukture ( uine veze izmeu atoma, uglova meuvezama itd.) ispitivanog uzorka.

Rendgenski zraci prvi put su otkriveni jodavne 1895 godine od strane nemakog

naunika Vilhema Konrada Rendgena po kome su i dobili naziv a prvi eksperimenti sadifrakcijom X-zraka na kristalu izvedeni su 1911 godine od strane Max fon Lauela nakristalima soli. X-zraci su elektromagnetni zraci talasne uine o 0,01-10 nm. Pri tom se X-zraci talasne uineod 10-0,1 nm zovu "meki" a ako im je talasna uinauopsegu 0,1-0,01nm zovu se "tvrdi"- imaju sposobnost prodiranja u materijal.

Da bi olo do difrakcije elektromagnetnog zraenja osnovni uslov koji trebaispuniti jeste da talasna uinaposmatranog zraenja i dimenzije reetkebudu bliske. Tojezadovoljeno jer je talasna uina X-zraenja 10-9-10-11 m to je istog reda veliine kao irazmak susednih ravni u kristalu ( 1-10 ). Kada rendgenski zraci padnu na kristal tad atomiili joni poinju da deluju kao novi, sekundarni izvori zraenja tj. dolazi do rasipanja(difrakcije) rendgenskih zraka na elektronskim oblacima atoma. Fotoni X-zraka interagujusa elektronima u atomu priemu elektroni materijala postaju sekundarni izvor zraenja-rasipanje zraenja.


40/48


40

Slika 36 . Interakcija X-zraenaj sa elektronima u atomu

Izmeu rasutih zraka dolazi do interakcije pri emu se deo talasa pojaava a deoslabi ili ak ponitava i ta pojava je poznata kao interferencija. Interferencija moebiti konstruktivna- kada su talasi u fazi i destruktivna- kada su talasi fazno pomereni za 1800.

Slika 9. a) konstruktivna b) destruktivna interferencija

Ovi zraci se mere u difrakcionim eksperimentima jer nose informaciju oraspodeli elektrona u ispitivanom materijalu. U sluaju da se talasna uina upadnogrendgenskog zraenja nije promenila, foton zraka nije izgubio energiju, tada govorimo oTomsonovom rasipanju.


41/48


41

Postoje dva naina objanjenja fenomena difrakcije : Bragov zakon i Laueoviuslovi za difrakciju, kao i pristup preko reciprone reetke ( Evaldova sfera) pri emu surezultati ekvivalentni za razliitepristupe.

6.2.

Bragov zakonPrema Bragovom tumaenju difrakcija je ekvivalentna refleksiji sa sistema paralelnihravni u kristalu. Neka monohromatsko zraenje pada na kristal (slika 37. ) pri tom se delomreflektuje sa prve ravni a delom sa druge. Uslov za konstruktivnu interferenciju dva ovakodobijena zraka jeste da je njihova putna razlika jednaka celobrojnom umnoku talasnihuina, zraenja. Iz ovog uslova i geometrijskih odnosa dobija se Bragov zakon :

n= 2d sin

gde je n- ceo broj, red difrakcije,

d- meuravansko rastojanje i

- ugao koji upadno zraenje zaklapa sa ravni kristala

Slika 37. Difrakcija zraenja sa sistema paralelnih ravi

Ovaj zakon namede tano odreene uslove za i da bi olo do difrakcijerendgenskih zraka. Razliitim eksperimentalnim tehnikama ove dve veliine variraju narazliite naine i tako se stvaraju uslovi za pojavu difrakije na kristalu. Pri emu inteziteti

difrakcionih maksimuma zavise od vrste atoma u kristalnoj reetki i od njihovogmeusobnog prostrnog rasporeda u skladu sa zahtevima simetrije ( kristalne strukture ).

Svaki kristalni materijal ima svoju karakteristinu strukturu koja pomodu RSAdaje karakteristian dijagram- "otisak prsta" materijala.


42/48


42

6.3.Princip rada i emaureaja za XRD

Osnovni delovi rendgenskog difraktometra :

1. generator visokog napona ( 10-50 kV)

2.

rendgenska cev3. goniometarski rauzorka4. detektor rendgenskih zraka

Princip rada instrumenta

X-zraci se generiu u katonoj cevi zagrevanjem filamenta kojiotputa elektrone.

Elektroni se ubrzavaju primenom napona i bombarduju poznaticiljani materijal (target) nastaje karakteristian spektar X-zraka.

Filtriranjem kroz folije ili kristale monohromatora, dobija semonohromatsko X-zraenje potrebno za difrakciju.

Ovi zraci se paralelno usmeravaju na uzorak. Kako uzorak i detektor rotirajutako se snima intenzitet X-zraka. Kada geometrija upadnog X-zraka zadovoljava Bragovu jednainu,

eava se konstruktivna interferencija koja se registruje kao pik

na grafiku pik na rendgenogramu. Uzorak rotira na putu paralelnih zraka pod uglom , dok

detektor rotira pod uglom od 2. Deo ureaja koji orava rotaciju i ugao rotacije se naziva

goniometar.

Uzorak se pri tom moe postavljati na vie naina, jedan od njih ,koji je i stariji,jeste ubacivanjem kristala u staklenu kapilaru napunjenu rastvorom iz koje je kristalisao ipostavljanje kapilare u difraktometar. Drugi nain, koji je moderniji, obuhvatapostavljanje kristala na tanku zakrivljenu icu i mrnejnjem pomodu tenog azota pri

emu se vri fiksiranje. Problem kod drugog naina je to moe dodi do pucanja uzorka(kristala) u struji tenog azota pa je potrebna dodatna priprema uzorka koja nije uvek


43/48


43

moguda. Kristal se zatim postavlja u difraktometar koji je povezan sa izvorom X-zraenja. Pre nego to je u eksperiment uvedeno hlaenje uzorka podaci su dobijani nasobnim temperaturama. Zbog samog uma koji se pri tom javlja bilo je potrebno izvritimnogostruko merenje za jedan skup podataka to je prouavalovreme analize.

um je dodatno smanjen koridenjem CCD detektora koji pokrivaju irokopseg uglova istovremeno . Menjanjem ili u zavisnosti od tehnike ostvaruju seuslovi za dobijanje difrakcione slike. Difrakcioni maksimumi se mogu detektovati,snimiti pomodu proporcionalnog, scintilacionog brojaa ili nekog drugog detektora ili nafilmu. Detektor snima i obrauje obijene pikove i alje informaciju izlaznom ureaju (monitor ilitampa ). Tako dobijamo difrakcionu sliku uzorka koja sari sve potrebneinformacije o strukturnim osobinama uzorka, o njegovoj kristalnoj strukturi imikrostrukturi. Te osobine se mogu saznati merenjem poloaja difrakcionihmaksimuma i analizom raspoele inteziteta u ifrakcioneslike.

Slika 38. Komercijalni difraktogram Philips PW 1050

6.4.Postupak pripreme uzorka

Koraci :

obijanje nekoliko esetih elova grama (ili vie) materijala, u to istijemobliku; mlevenje uzorka do finog prah, najede u nekom fluidu; smetanje uzorka na ra:

1. ravnomerno premazivanje na staklenu ploicu tako da se dobijepotpuno ravna

2. povrinauzorka

3. pakovanje u spremnik za uzorke

4.

posipanje prahom dvostruke lepljive trake


44/48


44

6.5.Analiza rendgenograma

Oblik i parametri pika na rendgenogramu

Slika 39. Pik na rendgenogramu

Posmatrajudi opti pik jednog rendgenograma mogu se uoiti veliine kao to suImax koji predstavlja maksimum pika ( ili visina ) ali nije mera inteziteta difrakcije .

Povrina pika, koja je uto obojena, je sinonim za intezitet pika predstavljajudipravu sumu svih difraktovanih fotona rendgenskih zraka- za preciznija merenja. "Rep"

pika predstavlja ekstremnu vrednost sa obe strane pika koje se asimptotski pribliavajunuli- test na kvalitet fitovanja pika matematikim modelom. irinapika (FWHM- "Full WidthHalf Maximum") je puna irina pika na polovini visine 0,5Imax- procena veliine estice iodreivanje zaostalog naprezanje. Asimetrija pika govori nam o postojanju ilinedostatku ravni simetrije : RHS=LHS ili RHSLHS.

6.6.

Analiza rezultata

Rezultati snimljenog difraktograma se obino predstavljaju kao pikovipozicionirani na 2 sa intezitetom rendgenskih zraka ( X- zraka) u formi tabele ili x-ydijagrama. Kod svakog pika vrednost d- se proraunava uz pomod Bragove jednaine iodgovarajude vrednosti talasne uine, . Kada se odrede sve d- vrednosti ispitivanoguzorka vri se poreenje sa vrednostima d- kompleta razmaka poznatog materijala naosnovu dosije-kartica. Naime, svaki kristal ima jedinstven set d razmaka to ima za ciljidentifikaciju ispitivanog uzorka, koja se vri i na osnovu poloaja obijenih pikova, 2.


45/48


45

Slika 40. Difraktogram ZnO

Slika 41. Dosije kartica ZnO

Dobijanjem RS spektra (Slika 40.) pristupa se identifikaciji sastava ispitivanoguzorka i obeleavanju dobijenih pikova uz pomod dosije-kartica (Slika 41.), a zatim sekoridenjem parametara pikova kao to su visina inteztiteta (h), poluirina visine () i 2

moe dodi do, recimo, vrednosti za prosenu dimenziju kristalita (Dhkl), gustinudislokacija ( D) kao i veliine mikrosprezanja (ehkl). Ove veliine su jako bitne kada se radimehanika aktivacija praha na razliitim vremenima, pri emu se ove veliineizraunavaju uz pomod jednaina, (1), (2) i (3). Zatim se dobijene vrednosti analiziraju takoto se posmatra njihova promena sa povedanjem vremena aktivacije .

Metode kojima se ispituje polikristalni ( prakasti ) uzorak prvenstveno se koriste zaidentifikaciju prisutnih faza tj. za kvalitativnu analizu uzorka. Ovim metodama se moguodrediti i precizni parametri jedinine delije, stepen kristaliteta uzorka, veliinakristalitai napon u reetki. Mogude je izvesti i kvantitativnu analizu ili pratiti faznetransformacije. U novije vreme difraktometrija praha se koristi i za odreivanje kristalnih

struktura jedinjenja sa viom simetrijom pa ak i za reavanje struktura svih tipovajedinjenja u tzv. ab initio postupcima. Metode kojima se ispituju monokristali


46/48


46

primenjuju se za odreivanje simetrije, prostorne grupe kristala i za izraunavanjeparametara reetke. Njihova najznaajnija primena je u reavanju kristalne strukture

jedinjenja.

6.7.

Primena XRD Identifikacija jednofaznih materijala minerala, hemijskih komponenata,

keramike. Identifikacija materijala koji se sastoji iz vie faza u mineralnim

meavinama, npr.stene. Odreivanje kristalne strukture identifikovanih materijala. Odreivanje i strukturna analiza minerala gline. Kristalografska strukturna analiza i izraunavanje parametara reetke

kristalnih materijala.

Kvantitativno odreivanje udela razliitih faza u viefaznim sistemima-pomodu odnosa intenziteta pikova. Odreivanje veliine kristalita-analizom irine pikova. Odreivanje oblika kristala-prouavanjem simetrije pika. Prouavanje termike ekspanzije u kristalnoj strukturi-pomodu in-situ

opreme. Odreivanje orijentacije monokristala ili zrna polikristalnog mat.

6.8.Prednosti i ogranienja XRD

Prednosti:

Modna, brza i nedestruktivna tehnika za identifikaciju nepoznatih minerala

Najede je determinacija nedvosmislena

Priprema uzorka je jednostvna

XRD instrumenti su iroko ostupni

Tumaenje rezultata je direktno

Eventualna ogranienja:

Potreba za homogenim uzorkom

Potreba za standardnim referentnim podatkom za neor. komp. od interesa

Potreban kristal ogovarajudeg kvaliteta

Rengentska ifrakcija (XR) prua brzu ientifikaciju estinih materijala, glina i rugihminerala. Ona prua etaljne informacije o kristalografskoj strukturi uzoraka koji mogu a sekoriste za identifikaciju prisutnih faza. XRD je posebno koristan za identifikaciju sitnozrnih

faza koje je teko ientifikovati rugim metoama kao to su optika mikroskopija iskenerska elektronska mikroskopija.


47/48


47

U prolosti, XR se tipino koristio za oreivanje asocijacije krupnih minerala u stenama,glinama, ruama, esticama i metalurkim proizvoima. Ona prua polukvantitativnumetou za oreivanje normativnih ili procenata teine prisutnih faza, ukljuujudi frakcijusvake mineralne faze koja se pojavljuje u uzorcima.

Meutim, anas, upotrebom Ritvelove analize (RIR), metoa kvantifikacije i modnih

raunara, mogude je obiti kvantitativne XR poatke. Moerni brzi etektori omogudavajubrzo prikupljanje podataka na velikom broju uzoraka, a analiza grupisanja potpunog modelase koristi za diferencijaciju stvaranja uzoraka.

Za standardnu XRD analizu, priprema uzorka predstavlja rutinu, a podaci se dobijajuefikasno i precizno. XRD analiza se obavlja na usitnjenom uzorku i to predstavlja jednostavannain obijanja minerolokih poataka za hemijsku analizu.

Ono to rengentsku ifraktometrijsku analizu ini gotovo jeinstvenom meu ostalimanalitikim tehnikama, je to to se rai o tehnici fazne a ne elementarne analize, to je ininajvanijom i najkorisnijom tehnikom u ininjerstvu materijala.


48/48


7.Literatura

1. Rikar Pohorski, ivan Viliid, Tehnika enciklopedija,

Jugoslovenski leksikografski zavod, Zagreb 1975.

2. Mirjana Hristid, Anelija karo-Milid, Biologija sa osnovama humane

genetike,

Farmaceutski fakultet, Beograd 1999.

3. Meenica M., Maleev ., Eksperimentalna fizika hemija,

Akaemija tamparija 2002.

4. Milena vabid-Vlahovid, Medicinska bakteriologija,

Savremena administracija 2005.

5. http://sr.wikipedia.org/sr/Elektronski_mikroskopapril 2012.

6. http://supa.pharmacy.bg.ac.rs/april 2012.

7. http://sr.wikipedia.org/sr

8. www.sgs.rs/sr-Latn-CS/Mining/Metallurgy-and-Process-Desing/High/Definition/Mineralogy/ X-Ray-Diffraction-XRD.aspx

9. bib.irb.hr/datoteka/280402.Kunaric_dipl.pdf

10.en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://sr.wikipedia.org/sr/Elektronski_mikroskophttp://sr.wikipedia.org/sr/Elektronski_mikroskophttp://supa.pharmacy.bg.ac.rs/http://supa.pharmacy.bg.ac.rs/http://sr.wikipedia.org/srhttp://sr.wikipedia.org/srhttp://sr.wikipedia.org/srhttp://supa.pharmacy.bg.ac.rs/http://sr.wikipedia.org/sr/Elektronski_mikroskop

transmisijski (tem), skenirajući (sem) elektronski mikroskop i

Documents