Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Analityczna mikroskopia elektronowa
Course of study:
2017/2018
Code:
MIM-2-105-IS-s
Faculty of:
Metals Engineering and Industrial Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Joining Engineering
Field of study:
Materials Science
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
Responsible teacher:
dr hab. inż. Kruk Adam (kruczek@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Osuch Władysław (osuch@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Kruk Adam (kruczek@agh.edu.pl)
dr inż. Cempura Grzegorz (cempura@agh.edu.pl)
dr inż. Ziętara Maciej (zietara@agh.edu.pl)
dr inż. Rutkowski Bogdan (rutkowsk@agh.edu.pl)
dr inż. Majewska-Zawadzka Kinga (kinga@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student potrafi przekazać informację i opinie związane z rozwojem i zastosowaniem mikroskopii elektronowej w rozwoju inżynierii materiałowej, medycyny itp. IM2A_K03, IM2A_K01, IM2A_K02 Activity during classes
Skills
M_U001 Posiada umiejętności wykorzystywania specjalistycznej aparatury naukowo-badawczej i programów komputerowych do oceny skuteczności procesów technologicznych oraz wpływu warunków pracy na stabilność mikrostruktury materiałów IM2A_U02, IM2A_U14, IM2A_U07, IM2A_U16 Examination,
Execution of laboratory classes
M_U002 Potrafi wykorzystywać poznane metody analitycznej mikroskopii elektronowej do badania mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego materiałów inżynierskich IM2A_U02, IM2A_U07, IM2A_U05, IM2A_U16 Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Zna podstawy teoretyczne mikroskopii elektronowej, dyfrakcji elektronów i neutronów oraz metod mikroanalizy składu chemicznego IM2A_W03, IM2A_W05 Examination,
Activity during classes
M_W002 Posiada wiadomości z zakresu zaawansowanych metod badania mikrostruktury materiałów inżynierskich IM2A_W03, IM2A_W12, IM2A_W05 Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student potrafi przekazać informację i opinie związane z rozwojem i zastosowaniem mikroskopii elektronowej w rozwoju inżynierii materiałowej, medycyny itp. + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Posiada umiejętności wykorzystywania specjalistycznej aparatury naukowo-badawczej i programów komputerowych do oceny skuteczności procesów technologicznych oraz wpływu warunków pracy na stabilność mikrostruktury materiałów - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi wykorzystywać poznane metody analitycznej mikroskopii elektronowej do badania mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego materiałów inżynierskich + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna podstawy teoretyczne mikroskopii elektronowej, dyfrakcji elektronów i neutronów oraz metod mikroanalizy składu chemicznego + - + - - - - - - - -
M_W002 Posiada wiadomości z zakresu zaawansowanych metod badania mikrostruktury materiałów inżynierskich + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Wiązka elektronów i jej właściwości korpuskularno-falowe. Długość fali elektronów.
2. Podstawy transmisyjnej mikroskopii elektronowej, zdolność rozdzielcza mikroskopu i jej wykorzystanie w badaniach mikro- i nanostruktury.
3. Metody przygotowania próbek do badań elektronomikroskopowych. Przykłady zastosowania mikroskopii elektronowej w badaniach nanomateriałów, nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych.
4. Budowa transmisyjnego mikroskopu elektronowego, podstawy optyki elektronowej, tworzenie i kontrast obrazu w jasnym i ciemnym polu widzenia.
5. Badanie defektów mikro- i nanostruktury za pomocą mikroskopu elektronowego. Wykorzystanie programów komputerowych w badaniach mikrostruktury materiałów.
6. Dyfrakcja, prawo Bragga dla dyfrakcji elektronów, dyfrakcja selektywna, nanodyfrakcja, dyfrakcja zbieżnej wiązki. Precesja dyfrakcji elektronów, wykorzystanie dyfrakcji elektronów w badaniach materiałów.
7. Oddziaływanie elektronów z materią. Nowoczesne techniki analitycznej mikroskopii elektronowej, budowa spektrometrów.
8. Mikroanaliza składu chemicznego. Wykorzystaniem spektroskopii energii (EDS) i długości fali (WDS) charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego. Spektroskopia strat energii elektronów (EELS) i filtr energii elektronów (EFTEM), spektroskopia Augera i fotoelektronów.
9. Podstawy wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej.
10. Skaningowo-transmisyjna mikroskopia elektronowa i jej wykorzystanie w badaniach materiałów.
11. Tomografia elektronowa i jej wykorzystanie w badaniach materiałowych; metrologia.
12. Skaningowa mikroskopia elektronowa. Przykłady zastosowania skaningowego mikroskopu elektronowego w badaniach nowoczesnych materiałów, fraktografia.
13. Neutronografia, wykorzystanie metody niskątowego rozpraszania neutronów (SANS) w badaniach materiałów. Wykorzystanie promieniowania synchrotronowego w badaniach materiałów.
14. Badania powierzchni materiałów w nanoskali: skaningowa mikroskopia tunelowa, mikroskopia sił atomowych.

Laboratory classes:

Na zajęciach laboratoryjnych student zapozna się z budową i obsługą mikroskopów elektronowych (SEM, TEM). Student przygotuje próbkę do badań TEM i wykona badania mikrostruktury materiałów przy użyciu dedykowanych metod mikroskopii- i tomografii elektronowej.
Na ćwiczeniach będą realizowane następujące zagadnienia:

1. Przygotowanie cienkich folii i replik do badań za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego.
2. Praktyczne aspekty budowy i podstawy obsługi transmisyjnego mikroskopu elektronowego; obserwacje mikrostruktury materiałów na cienkich foliach i replikach, tworzenie obrazu mikroskopowego i dyfrakcyjnego.
3. Podstawy optyki elektronowej. Soczewka elektromagnetyczna budowa i zasada działania. Dyfrakcja i interferencja. Zasady powstawania obrazu w TEM. Zasady tworzenia obrazu wysokorozdzielczego HRTEM.
4. Nowoczesne techniki obrazowania w TEM: HRTEM, STEM-HAADF, EFTEM.
5. Dyfrakcja elektronów: Wyznaczanie stałej mikroskopu elektronowego. Rozwiązywanie dyfraktogramów punktowych; analiza defektów struktury. Zastosowanie programów komputerowych do identyfikacji faz metodami dyfrakcji elektronowej.
6. SEM: budowa i zasada działania. Nowoczesne techniki obrazowania SE i BSE. EBSD podstawy teoretyczne, zastosowanie.
7. Wyznaczanie składu chemicznego w mikroobszarach metodą spektrometrii energii promieniowania rentgenowskiego. TEM-EDX, SEM-EDX. Analiza punktowa, liniowa, mapy rozkładu wybranych pierwiastków.
8. Wyznaczanie wielkości i ułamka objętości nanocząstek metodami stereologii dla obrazów cienkich folii w transmisyjnym mikroskopie elektronowym. Pomiar gęstości dyslokacji metodami mikroskopii elektronowej.
9. Tomografia elektronowa TEM i FIB-SEM. Wykorzystanie programów komputerowych do rekonstrukcji tomograficznej, obrazowania i oceny ilościowej elementów mikrostruktury.
10. Ćwiczenia zaliczeniowe

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 104 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Preparation for classes 20 h
Examination or Final test 2 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Participation in laboratory classes 28 h
Contact hours 6 h
Participation in lectures 28 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

0.5 * ocena z ćwiczeń laboratoryjnych + 0.5 * ocena z egzaminu

Prerequisites and additional requirements:

Zgodnie z Regulaminem Studiów AGH podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest ostatni dzień zajęć w danym semestrze. Termin zaliczenia poprawkowego (tryb i warunki ustala prowadzący moduł na zajęciach początkowych) nie może być późniejszy niż ostatni termin egzaminu w sesji poprawkowej (dla przedmiotów kończących się egzaminem) lub ostatni dzień trwania semestru (dla przedmiotów niekończących się egzaminem).

Recommended literature and teaching resources:

Brydson R.(red.) : Aberration Corrected Analytical Transmission Electron Microscopy, J. Wiley and Sons Ltd, 2011.
Cempura G., Czyrska-Filemonowicz A.(red.) : Materiały 4th Stanisław Gorczyca European School on TEM basics and advanced specimen preparation, Kraków 1-4.10.2013, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2013
Czyrska-Filemonowicz A., Dubiel B.(red.) : Materiały „Workshop on Advanced Sample Preparation Techniques for TEM”, Krakow, 24-29.06.2007, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków, 2007.
Czyrska-Filemonowicz A., Dubiel B.(red.) : Materiały 1st Summer School on Advanced Electron Microscopy, Kraków, 30.06-5.07.2003, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT (tom 1 i 2).
Czyrska-Filemonowicz A., Gruszczyński A.(red.) : Materiały: AGH–Zeiss workshop on Focused ion beam techniques : 9–10.06.2009, Kraków, Poland Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2009.
Czyrska-Filemonowicz A., Moskalewicz T.(red.) : Materiały KMM-NoE Integrated Post-Graduate School 1st Intensive Session of Skill Path on „Electron Microscopy, Kraków, 29.05-2.06.2006, Wyd. Zakład Usług Poligraficznych Kraków, Kraków 2006.
Czyrska-Filemonowicz A., Moskalewicz T.(red.) : Materiały: 3rd Stanisław Gorczyca Workshop on electron microscopy focused on alloys, Kraków, 19-20.05.2011, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2011.
Czyrska-Filemonowicz A. : Mikroskopia elektronowa w badaniach poznawczych i stosowanych, w książce Postępy nauki o materiałach i inżynierii materiałowej, M. Hetmańczyk (red.), Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, s.94-166.
Dubiel B., Stępniowska E., Czyrska-Filemonowicz A.(red.) : Materiały 2nd Stanisław Gorczyca Workshop on Electron Microscopy: new TEM techniques, Kraków, 1-4.10.2008, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków, 2008.
Kozubowski J. : Metody transmisyjnej mikroskopii elektronowej, Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice, 1975.
Kruk A., Czyrska-Filemonowicz A.(red.) : Mikroskopia i tomografia elektronowa w badaniach materiałowych, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2015
Williams D., Carter C.B .: Transmission Electron Microscopy, Plenum Press, New York, 1996 I 2009 (tom 1-4).
Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z analitycznej mikroskopii elektronowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, WIMiIP AGH.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Monografie:

1. G. Cempura, A. Czyrska-Filemonowicz (red.) – Materiały 4th Stanisław Gorczyca European School on TEM basics and advanced specimen preparation, Kraków, 1-4.10.2013, Wydawnictwo Naukowe Akapit, ISBN 978-83-63663-36-0, Kraków 2013, s. 1-327
2. A. Kruk – Tomografia elektronowa i jej zastosowanie w obrazowaniu i metrologii mikrostruktury materiałów, Wydawnictwa AGH, ISSN 0867-6631, Kraków 2012
3. A. Czyrska-Filemonowicz, A. Kruk (red.) – Electron microscopy and electron tomography of materials for energy systems, Wydawnictwo Naukowe Akapit, ISBN 978-83-63663-08-7, Kraków 2012
4. A. Czyrska-Filemonowicz, T. Moskalewicz – Materiały “3rd Stanisław Gorczyca Workshop on Electron microscopy focused on alloys & Symposium of the International Centre of Electron Microscopy for Materials Science at the AGH University of Science and Technology, Kraków 19-20.05.2011”, Wydawnictwo Naukowe Akapit, ISBN 978-83-60958-77-3,
Kraków 2011
5. A. Czyrska-Filemonowicz, A. Gruszczyński (red.) – Materiały “AGH-ZEISS Workshop on Focused Ion Beam Techniques”, Kraków, 9-10.06.2009, Wydawnictwo Naukowe Akapit, ISBN 978-83-60958-44-5, Kraków 2009
6. A. Czyrska-Filemonowicz – „Mikroskopia elektronowa w badaniach poznawczych i stosowanych”, rozdział w książce ”Postępy nauki o materiałach i inżynierii materiałowej, M. Hetmaczyk (red.), Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, s. 94-166
7. Kruk A., Czyrska-Filemonowicz A. (red.) : Mikroskopia i tomografia elektronowa w badaniach materiałowych, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2015 (w druku)

Artykuły:

1. A. Kruk, G. Cempura, S. Lech, A. Czyrska-Filemonowicz – STEM-EDX and FIB-SEM tomography of Allvac 718Plus superalloy, Archives of Metallurgy and Materials Science; 2016, w druku
2. K. Kulawik, P. A. Buffat, A. Kruk, A. Wusatowska-Sarnek, A. Czyrska-Filemonowicz – Imaging and characterisation of gamma’ and gamma” nanoparticles in Inconel 718 by modern electron microscopy techniques, Materials Characterisation, 100(2015)74-80
3. M. Ziętara, A. Kruk, A. Gruszczyński, A. Czyrska-Filemonowicz – FIB-SEM tomography of 4th generation PWA 1497 superalloy, Materials Characterisation, 87(2014)143-148; JCR
4. G. Cempura, A. Gruszczyński, K. Plonska-Niznik – “Sample preparation methods – an overview”, Materiały 4th Stanisław Gorczyca European School on TEM basics and advanced specimen preparation, Kraków, 1-4.10.2013, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków 2013, s. 273
5. G. Cempura, A. Kruk, C. Thomser, M. Wirtz, A. Czyrska-Filemonowicz – Microstructure characterization of tungsten based alloys for fusion application, Archives of Metallurgy and Materials, 58(2013)473-476
6. A. Czyrska-Filemonowicz, P.A. Buffat – Analytical TEM and electron diffraction for microstructure characterization of multiphase Ni-P-Ti surface layers on Ti-6Al-4V alloy, Journal of Microscopy, 224(2006)21-23
7. A. Czyrska-Filemonowicz – “TEM basics”, Materiały Szkoły: Advanced Sample Preparation Techniques for TEM, Krakow, 24-29.06.2007, A. Czyrska-Filemonowicz i B. Dubiel (eds), Akapit, Krakow 2007, ISBN 978-83-89541-94-9, pp. 11-38
8. K. Kulawik, PA Buffat, A Czyrska-Filemonowicz – “Application of ChemiSTEM EDX to elemental mapping of gamma’ and gamma’’ nanoparticles in Inconel 718 superalloy”, Materiały 15th European Microscopy Congress, EMC’2012,16-21.09.2012, Manchester, UK, D.J. Stokes, J.L. Hutchinson (red.), The Royal Microscopical Society, 2012, pp. 697-698
9. A. Czyrska-Filemonowicz, P.A. Buffat – “Characterisation of phases in nano-structured, multilayered titanium alloys by analytical- and high resolution electron microscopy”, Micron, 40(2009)15
10. A. Kruk, W. Osuch, G. Cempura, A. Czyrska-Filemonowicz – “Zastosowanie tomografii elektronowej do przestrzennego obrazowania mikro- i nanoczastek w stopach metali”, Inzynieria Materialowa, 174(2)(2010)86-93

Additional information:

None