Sylabus przedmiotu

Drukuj

Przedmiot:

Techniki eksperymentalne w chemii

Kierunek:

Chemia, III stopień [4 lat], stacjonarny, rozpoczęty w: 2014

Tytuł lub szczegółowa nazwa przedmiotu:

Mikroskopia ze skanującą sondą, SPM, ze szczególnym uwzględnieniem mikroskopii sił atomowych, AFM

Rok/Semestr:

1/-

Liczba godzin:

30,0

Nauczyciel:

Marczewski Adam, dr hab.

Forma zajęć:

wykład

Rodzaj zaliczenia:

egzamin

Punkty ECTS:

3,0

Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS (łączna liczba godzin w semestrze):

1,0	Godziny kontaktowe z prowadzącym zajęcia realizowane w formie konsultacji
30,0	Godziny kontaktowe z prowadzącym zajęcia realizowane w formie zajęć dydaktycznych
2,0	Przygotowanie się studenta do zajęć dydaktycznych
3,0	Przygotowanie się studenta do zaliczeń i/lub egzaminów
3,0	Studiowanie przez studenta literatury przedmiotu

Poziom trudności:

zaawansowany

Wstępne wymagania:

Znajomość podstawowych zagadnień chemii fizycznej i fizyki, ze szczególnym uwzględnieniem oddziaływań międzyczasteczkowych i między cząsteczkami i fazami skondensowanymi.

Znajomość zasad działania i ograniczeń oraz zastosowań podstawowych technik mikroskopowych, zwłaszcza mikroskopii optycznej oraz mikroskopii elektronowych SEM i TEM.

Metody dydaktyczne:

dyskusja dydaktyczna
ekspozycja
konsultacje
objaśnienie lub wyjaśnienie
wykład informacyjny
wykład konwersatoryjny
wykład problemowy

Zakres tematów:

Ogólne podstawy działania mikroskopii ze skanującą sondą (SPM, Scanning Probe Microscopy).

Szczegółowe omówienie podstaw działania, ograniczeń i zastosowań szeregu technik SPM:

- STM (Scanning Tunneling M.), STS (S.T. Spectroscopy), SPS (S.P. Spectroscopy)

- mikroskopia AFM (Atomic Force Microscopy) z odmianami: LFM (Lateral Force M.), FFM (Friction Force M.), MFM (Magnetic Force M.), EFM (Electrostatic Force M.), FMM (Force Modulation M.), PDM (Phase Detection M.), CSAFM (Current Sensing AFM); charakter krzywych siła - odległość; tryby działania topograficznego AFM; porównanie z klasycznym SFA (Surface Force Apparatus)

- NSOM (Near-Field Scanning Optical M.) - porównanie z technkami AFM oraz mikroskopią optyczną i elektronową

Wykorzystanie metod SPM w zależności od środowiska ("ambient", ciecze, w tym ciecze przewiodace), spektroskopia SPM, pomiary in situ - porównanie z tradycyjnymi metodami SEM/TEM

Forma oceniania:

egzamin pisemny

Warunki zaliczenia:

Znajomość podstaw działania, ograniczeń i zastosowań różnych technik SPM,

Umiejętość wyróżnienia najważniejszych podobieństw i róznic pomiędzy róznymi technikami SPM oraz klasyczną mikroskopią optyczną i elektronową.

Umiejętnośc zaproponowania odpowiedniej techniki w zależności od badanego układu doświadczalnego, warunków panujących w układzie oraz poszukiwanych właściwości

Literatura:

P.W. Atkins,Chemia fizyczna, PWN 2003

K. Pigoń, Z. Ruziewicz i inni,Chemia Fizyczna, t.1-4, PWN 2007-2014

J.N. Israelachwili,Intermolecular and Surface Forces, Academic Press, 1985 (1st edition) / Elsevier, 2011 (3rd ed.)

S.H. Cohen, M.L. Lightbody,Atomic Force Microscopy/scanning Tunneling Microscopy, Springer, 2004

A practical guide to SPM, http://www.veeco.com/pdfs/library/spm_guide_0829_05_166.pdf

Dodatkowe informacje:

Wykład: techniki eksperymentalne w chemii (SPM) - Zagadnienia szczegółowe:

1. Co to jest SPM - idea i podstawy działania (w tym wspólne elementy wszystkich SPM).

2. Podstawowe rodzaje SPM (co najmniej STM i kilka odmian AFM) - podobieństwa i różnice.

3. Przedstawić krótko odmiany AFM (standardowy=topograficzny, LFM, FFM, EFM, MFM, FMM, PDM itd.), podać różnice.

4. Co to jest STS, SPS (...Scanning Spectroscopy) i do czego można ją zastosować?

5. Znaczenie warunków pracy SPM - możliwość stosowania różnych technik (STM, AFM, EFM itd.) w różnych warunkach (powietrze, próżnia, ciecze przewodzące/nieprzewodzące, wilgotność powietrza, zanieczyszczenia).

6. Omówić zasadę działania STM, warunki, zastosowania

7. Omówić zasadę działania podstawowego/topograficznego AFM, warunki, zastosowania

8. Wyjaśnić tworzenie obrazu AFM, przyczyny i charakter obserwowanych zniekształceń obrazu

9. Omówić typową krzywą Siła-odległość (AFM)

10. Wyjaśnić różnice trybów działania Constant Force (stała siła) i Constant Height (stała wysokość).

11. Wpływ wody na powierzchni próbki na pomiar AFM z zależności od trybu działania

12. Wyjaśnić różnice trybów działania Contact, Non-contact, Intermittent Contact, Tapping Mode

13. Kształt oraz metody wytwarzania próbników (cantilever tip) AFM (kształt piramidy i stożka)

14. Wyjaśnić mechanizm powstawania obrazu AFM i znaczenie kształtu i wielkości promienia próbnika (cantilever tip) AFM

15. Wyjaśnić/omówić sposób ulepszenia obrazu AFM przy wykorzystaniu kształtu próbnika (cantilever tip) AFM

16. Wyjaśnić/omówić ideę kalibracji kształtu próbnika (cantilever tip) AFM przy użyciu cząstek koloidalnych itp.

17. Omówić zasadę działania i zastosowanie mikroskopii LFM i FFM (por. ze standardowym AFM).

18. Omówić sposób działania mikroskopu PDM (+zastosowanie).

19. Omówić sposób działania mikroskopu FMM (+zastosowanie)

20. Przedstawić podobieństwa i różnice (w tym zastosowania) mikroskopii PDM i FMM

21. Omówić sposób działania mikroskopu MFM (+zastosowanie)

22. Wyjaśnić działanie mikroskopii EFM oraz CS AFM (+zastosowanie)

23. Wyjaśnić działanie mikroskopii SNOM (NSOM), porównaj z mikroskopią optyczną

24. Omówić sposób działania mikroskopu TS AFM (+ możliwe zastosowanie)

25. Zalety i wady mikroskopii SPM w porównaniu z mikroskopią elektronową (TEM i SEM) i optyczną

26. Zalety i wady mikroskopii STM w porównaniu z mikroskopią elektronową (TEM i SEM) i optyczną

27. Zalety i wady mikroskopii AFM w porównaniu z mikroskopią elektronową (TEM i SEM) i optyczną

28. Co to jest SFA i możliwość wykorzystania mikroskopii SPM (np. MAC Mode AFM) w tym charakterze