Fundamentos de Microscopia Eletrônica de Transmissão " FI281 - Tópicos em Ciência dos Materiais I

Por: Daniel Ugarte
Usuário: - Turma:

Por que fazer esse curso?

A Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) é o principal método de análise estrutural e espectroscópica para o estudo de nanossistemas, e que pode atingir facilmente a resolução atômica. O curso visa dar uma introdução abrangente à microscopia eletrônica de transmissão (TEM) no campo da ciência dos materiais. Considerando que o TEM é instrumento operado por um único usuário, ele representa uma plataforma analítica com a versatilidade incomparável, dando acesso à informação estrutural e química do micrômetro a escala sub-Angstrom.

O nível é de curso de pós-graduação, e é apropriado para alunos das áreas de ciências exatas (engenharia, química e física), ou até ciências biologicas ou correlatas. Este curso vem sendo oferecido na Pós do Instituto de Física (IFGW) da Unicamp por mais de 20 anos, mas a pandemia nos motivou a fazer ele aberto “on-line” para que possa ser aproveitado por estudantes de outras instituições.

O que eu preciso saber?

O curso estará associado a Pós do IFGW-UNICAMP (disciplina FI281, Tópicos em Ciência dos Materiais I
- "Fundamentos de Microscopia Eletrônica de Transmissão Aplicada a Ciência dos Materiais").
O curso estará associado a pós-graduação do IFGW-UNICAMP (onde deve ser feita a inscrição, disciplina FI281). A disciplina seguirá todas suas premissas sobre qualidade, quantidade de horas e avaliação, pois nosso objetivo é que ele possa ser reconhecido para receber créditos pelos cursos de mestrado e doutorado das instituições de origem dos alunos.

IMPORTANTE: O período eletivo da Pós-graduação da UNICAMP

######## começa 9 de agosto de 2021
######## e termina 05 de dezembro de 2021

Número de vagas limitado a 50 alunos.

Para Alunos Especiais, inscrição sujeita a aceitação pelo Docente responsável.

Aceitação da Matricula será confirmada após um processo de seleção.

Interessados por favor entrar em contato com o docente responsável para receber informações sobre documentação necessária para participar da a seleção.

MUITO IMPORTANTE:
Somente serão ACEITAS inscrições efetuadas na Pós-graduação do IFGW, a traves do site da Diretoria Acadêmica (DAC) da UNICAMP. Alunos da de fora da UNICAMP devem inscrever-se como "Aluno Especial" na disciplina FI281 da Pós-graduação do IFGW-UNICAMP
(https://www.dac.unicamp.br/portal/estude-na-unicamp/estudante-especial).
ATENÇÂO: Quem não fez inscrição no site da UNICAMP para alunos especiais não será considerado no processo de seleção.

Calendário da DAC-UNICAMP:

07 de julho - DAC divulga na WEB os horários do 2º período letivo de 2021

12 a 27 de julho - Matrícula alunos regulares

12 de julho a 10 de agosto - Matrícula estudantes especiais

Nossa intenção é que o curso on-line possa ser acompanhado por alunos das áreas de ciências exatas (engenharia, química e física), ou até ciências biologia ou correlatas se tiver conhecimento suficiente de cálculo. Um requisito mínimo para poder acompanhar o as primeiras aulas é possuir uma formação básica em óptica, interferência e difração no nível física geral, como é obtido num curso de graduação em física ou engenharia . O aproveitamento do curso é fortemente facilitado se o aluno tiver conhecimento de cristalografia e difração de raios X (esses tópicos serão abordados de forma rápida para relembrar os conceitos). A microscopia eletrônica requer um conhecimento um pouco mais aprofundado que estudaremos durante as aulas. Seria também, desejável um conhecimento prévio em óptica de Fourier, ciência/química de materiais e/ou física de estado sólido.

Caso tenha duvidas entre em contato com o docente responsável.

Estrutura do Curso

Atividades (TENTATIVAS, podem mudar em função da evolução da pandemia)
2do Sem. 2021 FI281, Tópicos em Ciência dos Materiais I

IMPORTANTE: O período eletivo da Pós-graduação da UNICAMP

######## começa 09 de agosto de 2021
######## e termina 05 de dezembro de 2021

RESERVE o tempo necessário

AVALIAÇÂO:
Questionários (Quiz) sobre cada aula, todos completados; um trabalho sobre tema a definir; e, finalmente uma prova.
Notas: conceito: A, B, C, D

Aulas: 40 (1hr de duração). Total 40 hs.

Atividades complementares: Total 20 hs
Aulas de consulta/duvidas ao vivo, Questionários sobre conteúdos de c/aula (Awareness Quiz) , Leitura/seminários/demonstrações/Tópicos avançados, trabalhos e prova.

As aulas serão transmitidas ao vivo
Segundas e Quartas - 14h às 16h. (a partir do 09/ago/2021)
As gravações das Aulas e Slides estarão acessíveis para os alunos matriculados a continuação.
Haverá também um número de aulas ao vivo reservadas para perguntas e consultas

Ementa:

O conteúdo inclue 5 partes:

PARTE I. INTRODUÇÂO
1) microscopia básica; projeção e varredura. Transformadas de Fourier. Alguns conceitos ópticos: resolução, profundidade de campo, brilho. O sistema óptico (traçado de raios).

2) óptica eletrônica: fontes de eletrons,lentes, alinhamento do sistema óptico. Òptica de Fourier. Óptica da nova geração, corretores de aberrações e monocromadores.

3) Interações de matéria eletrônica, seções eficazes: elástica e inelástica. Dano de radiação. A deteção anular de campo escuro (ADF).

4) Preparação de amostras. Pó, filmes finos. Afinamento ionico. Microtomia. Etc.

PARTE II. Cristalografia
5) Cristalografia. Redes, Celda unitária, simetria. Grupo pontual e grupo espacial. Rede recíproca. Notação cristalográfica. Projeção estereográfica.

6) Difração. Lei de Bragg. Esfera de Ewald. Fator de estrutura. Difração e Interferência.

PARTE III. Difração de eléctrones e aplicações
7) Difração de elétrons. Efeito de filme fino. Erro de excitação.

8) Difração de área selecionada (SAD). Indexação e exemplo de aplicações. Difração dupla. Caracterização avançada de materiais. Orientação de cristais.

9) Linhas de Kikuchi. Orientação precisa da amostra. Micro-difração e nano-difração (seu alinhamento e configurações ópticas). Difração de Precessão (PED).

10) Teoria cinemática. Difração de Franhoufer e Fresnel. Aproximação de coluna. Distância de excitação. Franjas de Fresnel. Condição de dois feixes. Campo brilhante (BF) e campo escuro (DF)

11) Difração dinâmica. Equações de Howie e Wheelan. Erro de excitação efetiva. Métodos de feixe (two beam)e feixe fraco (Weak-Beam). Formulação por ondas de Bloch. Superfície de dispersão.

12) Difração de feixe convergente (CBED) . Linhas HOLZ. Aplicações: Determinação da simetria, medidas de espessura, polaridade, etc.

PARTE IV. Imagens em microscopia eletrônica de transmissão
13) Imagens. Contraste de difração. Faixas de espessura, contornos de curvatura, defeitos planares, imagens de discordância, precipitados, etc.

14) Microscopia de alta resolução (HRTEM). Contraste de fase.

15) Microscopia de varredura em transmissão (STEM) Imagem incoerente. A sonda de elétrons. O detector do campo escuro (ADF). Ronchigram.

PARTE IV. Espectroscopias utilizando um microscópio eletrônico de transmissão
16) Espectroscopia de raios x dispersiva em energia (EDS). Nano-análise. Detectores, análise qualitativa e quantitativa. Sensibilidade de resolução espacial. Método de Cliff-Lorimer. Mapeamento EDS.

17) Espectroscopia de eletrons por perda de energia (EELS). Informações do espectrômetro disponíveis na EELS: estado eletrônico, valencia, simetria, determinação da constante dieletrica. Plasmones de superfície.

18) Processamento de dados. Imagens hyperespectrales. Análise multivariada e métodos de “machine-learning” aplicados a espectroscopia, imagens e difração.

BIBLIOGRAFIA

Transmission Electron Microscopy: A textbook for Materials Science, D.B. Williams, C.B. Carter 2016

Companion to Williams and Carter’s book on TEM Transmission Electron Microscopy: Diffraction, Imaging, and Spectrometry 2016

Introduction to Conventional Transmission Electron Microscopy, Marc De Graeff 2003

Transmission Electron Microscopy: Physics of Image Formation, Ludwig Reimer and Helmut Kohl 2008

Advanced Transmission Electron Microscopy: Imaging and Diffraction in Nanoscience, Jian Min Zuo and J.C.H. Spence 2016

Springer Handbook of Microscopy, Peter W. Hawkes and John C.H. Spence 2019

Electron Beam-Specimen Interactions and Simulation Methods in Microscopy, Budhika G. Mendis 2018

Advanced Computing in Electron Microscopy, Earl J. Kirkland 2010

Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, R.F. Egerton, 2011

Scanning Transmission Electron Microscopy Imaging and Analysis, Stephen J. Pennycook Peter D. Nellist 2011

Scanning Transmission Electron Microscopy Of Nanomaterials: Basics Of Imaging And Analysis, Nobuo Tanaka 2014

Sample Preparation Handbook for Transmission Electron Microscopy: Methodology, Jeanne Ayache, Luc Beaunier, et al. 2010