57
Izvor elektrona Izvor elektrona

Izvor elektrona

  • Upload
    edith

  • View
    141

  • Download
    7

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Izvor elektrona. Elektronski top. Emisija vlakna. Ričardson-Dašmanova jednačina: J=AT 2 e (W/kT). Karakteristike jedinične volframske niti (dužine 1cm i prečnika 1cm). Lorencova sila: F= e E+ e [vB] Centrifugalna sila: mv 2 /r=eE(r)+evB U elektrostatičkom polju je: - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Izvor elektrona

Izvor elektronaIzvor elektrona

Page 2: Izvor elektrona

Elektronski topElektronski top

Page 3: Izvor elektrona

Emisija vlaknaEmisija vlakna

W(eV)W(eV) J(A/cmJ(A/cm22)) T(K)T(K)

Volframsko Volframsko vlaknovlakno

4.54.5 0.50.5 25002500

Torirani Torirani volframvolfram

~2.6~2.6 44 20002000

Prevlaka Prevlaka barijum ili barijum ili stroncijum stroncijum oksidaoksida

~1.1~1.1 0.50.5 10001000

Ričardson-Dašmanova jednačina: J=AT2e(W/kT)

Page 4: Izvor elektrona

TempeTemperaturaratura

Snaga Snaga grejanjgrejanj

aa

OtpornOtporn

ostost

Struja Struja grejanjgrejanj

aa

RazlikaRazlika potencijpotencij

alaala

Brzina Brzina isparavaisparava

njanja

Odnos Odnos otpootporara

ºKºK P/ldP/ld RdRd22//ll ii/d/d3/23/2 UdUd1/21/2/l/l µ/ldµ/ld R/RR/R293K293K

   W cmW cm-2-2

1010-6-6omom cmcm A cmA cm-3/2-3/2

1010-3-3V cmV cm--

1/21/2

gr cmgr cm--

22secsec-1-1  

293293 00 6.996.99 00 00    11

300300 0.00010.0001 7.27.2 3.7273.727 0.026830.02683    1.031.03

500500 0.03050.0305 13.4513.45 47.6247.62 0.64040.6404    1.9241.924

10001000 1.8911.891 31.7431.74 244.1244.1 7.4497.449 1.16exp-331.16exp-33 4.544.54

15001500 17.3317.33 51.451.4 580.6580.6 29.8529.85 7.42exp-207.42exp-20 7.367.36

20002000 75.3775.37 72.1972.19 10221022 73.7573.75 5.51exp-135.51exp-13 10.3310.33

22002200 119.8119.8 80.8380.83 12171217 98.498.4 3.92exp-113.92exp-11 11.5711.57

24002400 181.2181.2 89.6589.65 14221422 127.5127.5 1.37exp-91.37exp-9 12.8312.83

26002600 263263 98.6698.66 16321632 161.1161.1 2.76exp-82.76exp-8 14.1214.12

28002800 368.9368.9 107.85107.85 18491849 199.5199.5 3.51exp-73.51exp-7 15.4315.43

30003000 503.5503.5 117.21117.21 20722072 243243 3.04exp-63.04exp-6 16.7716.77

32003200 671.5671.5 126.76126.76 23012301 291.7291.7 2.09exp-52.09exp-5 18.1518.15

34003400 878.3878.3 136.49136.49 25372537 346.2346.2 1.12exp-41.12exp-4 19.5319.53

36003600 11301130 146.34146.34 27772777 406.7406.7 4.86exp-44.86exp-4 20.9520.95

Karakteristike jedinične volframske nitiKarakteristike jedinične volframske niti(dužine 1cm i prečnika 1cm)(dužine 1cm i prečnika 1cm)

Page 5: Izvor elektrona

Lorencova sila: F=Lorencova sila: F=eeE+E+ee[vB][vB] Centrifugalna sila: mvCentrifugalna sila: mv22/r=eE(r)+evB/r=eE(r)+evB U elektrostatičkom polju je: U elektrostatičkom polju je:

v=(2eU/m)v=(2eU/m)1/21/2 - razdvajanje po energijama - razdvajanje po energijamaElektrično polje cilindričnog Električno polje cilindričnog

kondenzatora je: kondenzatora je: E(r)=U/[rln(rE(r)=U/[rln(r22/r/r11)], r)], r11,r,r22, , -poluprečnici spoljne i -poluprečnici spoljne i unutrašnje unutrašnje elektrode kondenzatora,elektrode kondenzatora, r -r - poluprečnik poluprečnik putanje naelektrisane čestice.putanje naelektrisane čestice.

Električno polje sfernog kondenzatora Električno polje sfernog kondenzatora je: je: E(r)=rE(r)=r11rr22UU/(r/(r22-r-r11)r)r22

U magnetnom polju je:U magnetnom polju je:R=(m/e)(v/B), R=(m/e)(v/B), R=(2emU)R=(2emU)1/21/2/eB /eB - razlaganje - razlaganje po masama.po masama.

Za dve razne čestice je:Za dve razne čestice je:

mm11/B/B1122=m=m22/B/B22

22, za eU=const., za eU=const.

(eU)(eU)11/B/B1122=(eU)=(eU)22/B/B22

22, za m=const., za m=const.

Page 6: Izvor elektrona

Skretanje elektronskog snopaSkretanje elektronskog snopa

Page 7: Izvor elektrona

Grafičko odredjivanje putanjeGrafičko odredjivanje putanje

Page 8: Izvor elektrona

Elektrostatička sočivaElektrostatička sočiva

Page 9: Izvor elektrona

Elektrostatičko sočivoElektrostatičko sočivo

Page 10: Izvor elektrona

Unopotencijalno elektrostatičko sočivoUnopotencijalno elektrostatičko sočivo

Page 11: Izvor elektrona

Putanja elektrona kroz namotaj Putanja elektrona kroz namotaj magnetamagneta

Page 12: Izvor elektrona

Magnetna sočivaMagnetna sočiva

Page 13: Izvor elektrona

Detalj magnetnog polja namotajaDetalj magnetnog polja namotaja

Page 14: Izvor elektrona

Elektronski Elektronski mikroskop sa mikroskop sa

magnetnim poljemmagnetnim poljem

Page 15: Izvor elektrona

Elektronski Elektronski mikroskop sa mikroskop sa

elektrostatičkim elektrostatičkim poljempoljem

Page 16: Izvor elektrona

Uporedna šema optičkog, elektrostatičkog i Uporedna šema optičkog, elektrostatičkog i magnetnog mikroskopamagnetnog mikroskopa

Page 17: Izvor elektrona

Prvi elektronski Prvi elektronski mikroskop napravio mikroskop napravio

Ernst Ruska Ernst Ruska 1931.god.1931.god.

Page 18: Izvor elektrona

Prvi elektronski mikroskopPrvi elektronski mikroskop

Page 19: Izvor elektrona

Šema elektronskog Šema elektronskog transmisionog transmisionog

mikroskopamikroskopa

Page 20: Izvor elektrona

TEM (transmission electron TEM (transmission electron microscope)microscope)

Sastoji se od elektronskog topa, elektromagnetnih sočiva, Sastoji se od elektronskog topa, elektromagnetnih sočiva, elektrostatičkih sočiva, kvadrupolnih ili heksapolnih sočiva, elektrostatičkih sočiva, kvadrupolnih ili heksapolnih sočiva, detektora elektrona.detektora elektrona.

Radi sa energijom elektrona 40-400KeV, Tipično 120KeV.Radi sa energijom elektrona 40-400KeV, Tipično 120KeV. Slika elastično rasejanih elektrona koji prolaze kroz uzorak, Slika elastično rasejanih elektrona koji prolaze kroz uzorak,

ili se reflektuju, se dobija na fluorescentnom ekranu sa ili se reflektuju, se dobija na fluorescentnom ekranu sa fosforom ili cink sulfidom. Sada se slika vodi optičkim fosforom ili cink sulfidom. Sada se slika vodi optičkim kablom na CCD kameru.kablom na CCD kameru.

Rezolucija instrumenta 0.05nm, povečanje do 50x10Rezolucija instrumenta 0.05nm, povečanje do 50x1066.. Ograničenja su aberacije (sferna, hromatska i astigmatizam).Ograničenja su aberacije (sferna, hromatska i astigmatizam). Dobijena slika dijamanta (rastojanje atoma 89pm), silicijuma Dobijena slika dijamanta (rastojanje atoma 89pm), silicijuma

(78pm).(78pm). Poslednji tip je TITAN 80-300kV, sa rezolucijom ispod Poslednji tip je TITAN 80-300kV, sa rezolucijom ispod

0.05nm, zahvaljujući korekciji sferne aberacije. Može da 0.05nm, zahvaljujući korekciji sferne aberacije. Može da snima dinamiku reakcije, naprimer, katalitičkog procesa. Pri snima dinamiku reakcije, naprimer, katalitičkog procesa. Pri radu nema prisustva operatora. Prvi primerak je u Lawrence-radu nema prisustva operatora. Prvi primerak je u Lawrence-Berkeley laboratoriji, a puna proizvodnja ce biti 2009.Berkeley laboratoriji, a puna proizvodnja ce biti 2009.

Page 21: Izvor elektrona

““Stari” i novi TITAN 80-300kVStari” i novi TITAN 80-300kV

Page 22: Izvor elektrona

Slika germanijuma Slika germanijuma sa TITAN-asa TITAN-a

Slika Ta-V sa TEM-aSlika Ta-V sa TEM-a

Page 23: Izvor elektrona

Mane TEM-aMane TEM-a

Snimanje je dinamično, uzorak moze da se Snimanje je dinamično, uzorak moze da se menja tokom rada.menja tokom rada.

Neophodan visoko stabilan napon.Neophodan visoko stabilan napon. Rad i manipulacija uzorcima u UHV Rad i manipulacija uzorcima u UHV

uslovima.uslovima. Osetljivost na vibracije zbog čega su Osetljivost na vibracije zbog čega su

uredjaji najčešće u podruuredjaji najčešće u podrummskom prostoru.skom prostoru. Potrebna magnetno izolovana sredina.Potrebna magnetno izolovana sredina. Soba u kojoj se nalazi TITAN košta oko Soba u kojoj se nalazi TITAN košta oko

101066$.$.

Page 24: Izvor elektrona

Varijante TEM-aVarijante TEM-a SEMSEM (scanning electron microscope). (scanning electron microscope).

- Detektuje sekundarne elektrone, karakteristične x-zrake, povratno - Detektuje sekundarne elektrone, karakteristične x-zrake, povratno rasejane rasejane electrone (back scattering) ili struju uzorka. electrone (back scattering) ili struju uzorka. - Daje odličnu sliku 3D strukture neprozirnih materijala. - Daje odličnu sliku 3D strukture neprozirnih materijala. - Rezolucija oko 10 puta manja od TEM-a (1-5nm). - Rezolucija oko 10 puta manja od TEM-a (1-5nm). Povečanje od 25 puta do Povečanje od 25 puta do 250 000 puta. 250 000 puta. - Detekcijom x-zraka se dobija slika - Detekcijom x-zraka se dobija slika sastava materijala. sastava materijala. - Novi tipovi rade i na - Novi tipovi rade i na 50mbara i 100% vlage iz diferencijalno pumpanje komore sa uzorkom.50mbara i 100% vlage iz diferencijalno pumpanje komore sa uzorkom.

REMREM (reflection EM). (reflection EM). - Detektuje elestično rasejane elektrone. - Detektuje elestično rasejane elektrone.

STEMSTEM (scanning TEM). (scanning TEM). - Skenira upadni probni snop kada prodje kroz uzorak. Fokusiranje - Skenira upadni probni snop kada prodje kroz uzorak. Fokusiranje snopa pre nego što udje u metu, dok je kod TEM-a fokusiranje posle snopa pre nego što udje u metu, dok je kod TEM-a fokusiranje posle prolaska uzorka. Uzorci se pripremaju kao za SEM, ali se tanje do 1 prolaska uzorka. Uzorci se pripremaju kao za SEM, ali se tanje do 1 µµm.m.

HRTEMHRTEM (high resolution TEM). (high resolution TEM). - Ima izvor elektrona sa emisijom polja. Slika se dobija usled razlike u - Ima izvor elektrona sa emisijom polja. Slika se dobija usled razlike u fazi elektronskih talasa na kristalnom uzorku.fazi elektronskih talasa na kristalnom uzorku.

AEMAEM (Analytical electron microscope). (Analytical electron microscope). - Analizira neelastično rasejane elektrone i x-zrake. - Analizira neelastično rasejane elektrone i x-zrake.

Page 25: Izvor elektrona

Prvi SEM napravio Prvi SEM napravio Manfred fon Ardenne Manfred fon Ardenne

19401940.god..god.

Page 26: Izvor elektrona

Šema Šema elektronskog elektronskog

skening skening mikroskopamikroskopa

Page 27: Izvor elektrona

JEOL scenirajući mikroskopJEOL scenirajući mikroskop

Page 28: Izvor elektrona

Otvoren SEM mikroskopOtvoren SEM mikroskop

Page 29: Izvor elektrona

Prikaz snimanja skenirajućeg Prikaz snimanja skenirajućeg mikroskopamikroskopa

Page 30: Izvor elektrona

Slika sa SEM-aSlika sa SEM-a

Page 31: Izvor elektrona

Priprema uzorakaPriprema uzoraka

Uzorci se seku specijalnim Uzorci se seku specijalnim uredjajem (uredjajem (ultramicrotomeultramicrotome) ) sa dijamantskim sečivom. sa dijamantskim sečivom. Dobiju se uzorci debljine od Dobiju se uzorci debljine od 90nm.90nm.

Biološki uzorci se hemijski Biološki uzorci se hemijski fiksiraju (glutoraldehidom ili fiksiraju (glutoraldehidom ili formaldehidom), dehidriraju formaldehidom), dehidriraju etanolom koji se uklanja u etanolom koji se uklanja u kritičnoj tački COkritičnoj tački CO22. Zatim se . Zatim se fiksiraju za nosać. Koristi se fiksiraju za nosać. Koristi se graphengraphen, koji je karbonski , koji je karbonski nanomaterijal, koji može da se nanomaterijal, koji može da se dobije u monoatomskom sloju dobije u monoatomskom sloju i koji je providan za elektrone.i koji je providan za elektrone.

Page 32: Izvor elektrona

Priprema uzoraka-nastavakPriprema uzoraka-nastavak

Uzorci mogu da se fiksiraju i utapanjem u Uzorci mogu da se fiksiraju i utapanjem u Araldit ili akrilat i seku na potrebnu debljinu. Araldit ili akrilat i seku na potrebnu debljinu. Za tanjenje uzoraka se koristi i Za tanjenje uzoraka se koristi i ion beem ion beem millingmilling ili spaterovanje jonima argona. ili spaterovanje jonima argona. Uzorci se mogu preparirati i brzim zamrzavanjem Uzorci se mogu preparirati i brzim zamrzavanjem

((crioficsationcrioficsation) u LN) u LN22 ili LHe. ili LHe.

Za SEMZa SEM uzorci moraju da imaju dodatne osobine. uzorci moraju da imaju dodatne osobine. Moraju biti provodni, uzemljeni i čisti.Moraju biti provodni, uzemljeni i čisti.

Najčešće se naparavaju (Najčešće se naparavaju (conductive coatingconductive coating) zlatom ) zlatom ili paladijumomili paladijumom I TAKO SE GENETSKI I TAKO SE GENETSKI MODIFIKUJE...MODIFIKUJE...

Page 33: Izvor elektrona

Zlatna muvaZlatna muva

Page 34: Izvor elektrona

Jonski mikroskop je napravio 1936.god, Erwin Muller.

Prvi snimak atomske strukture volframa objavljen 1951.god.

Vrh emisione elektrode se hladi sa LHe.

Emisijom polja se slika vrha prenosi na ekran.

Mikroskop ima prirodno povečanje od nekoliko miliona puta.

Page 35: Izvor elektrona

Prikaz jonskog mikroskopaPrikaz jonskog mikroskopa

Page 36: Izvor elektrona

Prvi STMPrvi STM (scanning tuneling (scanning tuneling microscope), koji je preteća AFM-a, microscope), koji je preteća AFM-a,

napravili Gerd Binning i Heinrich napravili Gerd Binning i Heinrich Roher 1981.Roher 1981.god. god.

AFM ima rezoluciju 0.1nm lateralno i AFM ima rezoluciju 0.1nm lateralno i 0.01nm vertikalno uz ekstremno 0.01nm vertikalno uz ekstremno

ćistu površinu i ostar vrh.ćistu površinu i ostar vrh.Može da radi i na vazduhu.Može da radi i na vazduhu.

Radi na principu osetljivosti na Radi na principu osetljivosti na mehaničke kontaktne sile, Van der mehaničke kontaktne sile, Van der

Waals-ove sile, kapilarne sile, Waals-ove sile, kapilarne sile, hemijske veze, elektrostatičke sile, hemijske veze, elektrostatičke sile, magnetne sile, Casimir-ove sile itd.magnetne sile, Casimir-ove sile itd.

Page 37: Izvor elektrona

Skenirajući tunel mikroskopSkenirajući tunel mikroskop

Page 38: Izvor elektrona

VrsteVrste Atomic Force Microscope-aAtomic Force Microscope-a

AFM, atomic force microscopy -contact AFM -non-contact AFM -dynamic contact AFM

BEEM, ballistic electron emission microscopy EFM, electrostatic force microscope ESTM, electrochemical scanning tunneling microscope FMM, force modulation microscopy KPFM, kelvin probe force microscopy MFM, magnetic force microscopy MRFM, magnetic resonance force microscopy NSOM, near-field scanning optical microscopy (or SNOM, scanning near-field optical microscopy)

PFM, piezo force microscopy

Page 39: Izvor elektrona

VrsteVrste Atomic Force Microscope-a Atomic Force Microscope-a - -nastavaknastavak

PSTM, photon scanning tunneling microscopy PTMS, photothermal microspectroscopy/microscopy SECM, scanning electrochemical microscopy SCM, scanning capacitance microscopy SGM, scanning gate microscopy SICM, scanning ion-conductance microscopy SPSM, spin polarized scanning tunneling microscopy SThM, scanning thermal microscopy[1] STM, scanning tunneling microscopy SVM, scanning voltage microscopy SHPM, scanning Hall probe microscopy

Page 40: Izvor elektrona

Princip rada AFM-aPrincip rada AFM-a

Page 41: Izvor elektrona

Vrste dodira vrha sondeVrste dodira vrha sonde

Page 42: Izvor elektrona

Measuring Surface Adhesion and Stiffness on

the Nanometer Scale Using Pulsed Force Mode

Microscopy

Page 43: Izvor elektrona

Outline

Theoretical Background:

Contact ModeTapping Mode Friction ModePulsed-Force Mode AFM

Experimental Results:

Blends of polymers and nanostructured materials

Page 44: Izvor elektrona

Contact Mode

Page 45: Izvor elektrona

Contact Mode

Advantages:High scan speeds and ease of

useDisadvantages:

Shear forces can damage the sample

Extremely delicate samples cannot be imaged well

Page 46: Izvor elektrona

Lateral Force Microscopy

Advantages:Some Information beyond

topographyDisadvantages:

Friction data mixed with topography data

Shear forces can damage the sample

Extremely delicate samples cannot be imaged well

Page 47: Izvor elektrona

Tapping Mode

Page 48: Izvor elektrona

Tapping Mode

Advantages:Contrast is dependent on

topography, stiffness and adhesionResolution comparable to other

forms of AFM

Disadvantages:Information on topography,

adhesion, and surface stiffness are not separated

Page 49: Izvor elektrona

Pulsed-Force mode

Page 50: Izvor elektrona

Pulsed-Force AFM

1) Maximum force, this gives topographic data2) Baseline, this gives data on long range interactions3) A point in the repulsive region, used to find stiffness4) Maximum adhesive force

Page 51: Izvor elektrona

Pulsed-Force AFM

Advantages:Separates the effects of topography,

adhesion, surface stiffness and surface charge

Resolution comparable to other forms of AFM

Works well with soft samples

Disadvantages:Slightly more difficult to use

Page 52: Izvor elektrona

Šema MRFMŠema MRFM

Page 53: Izvor elektrona

Slika AFM-aSlika AFM-a

Nekontaktni AFM sa Nekontaktni AFM sa invertovanim invertovanim optičkim optičkim mikroskopom.mikroskopom.

-Institut za fiziku--Institut za fiziku-

Page 54: Izvor elektrona

Tuneling mikroskop i AFMTuneling mikroskop i AFM

Niskotemperaturni Niskotemperaturni skenirajući tuneling skenirajući tuneling mikroskop (STM),mikroskop (STM),

AFM,AFM, trostepeni trostepeni

monohromator,monohromator, konfokalni konfokalni

mikroskop mikroskop -Institut za fiziku--Institut za fiziku-

Page 55: Izvor elektrona

Upotrebljavani vrh sonde AFM-aUpotrebljavani vrh sonde AFM-a

Page 56: Izvor elektrona

I ovo je neki vrh!I ovo je neki vrh!

Page 57: Izvor elektrona

Pravo sa Marsa!Pravo sa Marsa!