Download - FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN
![Page 1: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/1.jpg)
FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN
Igor MuševičInstitut J.Stefan
Univerza v Ljubljani
![Page 2: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/2.jpg)
Fizikalni raziskovalni odseki na IJSwww.ijs.si
• Odsek za teoretično fiziko (F-1) 22• Odsek za fiziko srednjih in nizkih energij (F-2) 20• Odsek za tanke plasti in površine (F-3) 2• Odsek za tehnologijo površin in optoel. (F-4) 4• Odsek za fiziko trdne snovi (F-5) 28• Odsek za kompleksne snovi (F-7) 11• Odsek za reaktorsko fiziko (F-8) 11• Odsek za fiziko osnovnih delcev (F-9) 15
raziskovalcev
Skupaj: 113
![Page 3: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/3.jpg)
Eksperimentalne raziskovalne metode in ekspertna znanja
• Električne, magnetne meritve, kalorimetrijavisoke ločljivosti
• Resonančna spektroskopija in slikanje• Metode jedrske fizike• Optika in optična spektroskopija• Metode analize površin: mikroskopija in
spektroskopija površin
![Page 4: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/4.jpg)
Električne, magnetne meritve in visokoločljivakalorimetrija
[email protected]@ijs.si
[email protected]@ijs.si
![Page 5: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/5.jpg)
Laboratorij za dielektrično spektroskopijo
10-1 101 103 105101
103
105
107 CuPcoligomer
na zrakuv vakuumuaniliran
prispevekpovršinskeplasti(reakcija z O2)
nivo prostih nabojev
intrinzične vrednosti
ε'
ν (Hz)
10-1 102 10510-6
1x10-4
σdc
nivoprostihnabojev
σ ' ∝ νs
σ ' (Ω -1
m-1)
ν (Hz)
Merjenje dielektričnega odziva (kompleksne impedance Z = U/I):• dielektrična konstanta• električna prevodnost• polarizacija.
Frekvenčni interval: 1 mHz-10 GHz
Linearni dielektrični odziv:• HP4284A Precision LCR Meter, 20 Hz – 1 MHz• Novocontrol Alpha Dielectric Analyzer, 1 mHz – 3 MHz• HP 4191 RF Impedance Analyzer, 1 MHz – 1 GHz• HP 8720C Network Analyzer, 50 MHz – 10 GHz• Keithley 617 Electrometer, statični odziv
Nelinearni dielektrični odziv:• HP35665A Dynamic Signal Analyzer, 1 Hz – 10 kHz
Temperaturni interval: 4.2 K-450 K
Oxford Instruments helijev kriostat (4.2 K-300 K),dušikova stabilizacija s faznim detektorjem ter uporom Pt100 kot termometrom (77 K-450 K),stabilizacija znotraj ± 0.01 K.
![Page 6: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/6.jpg)
Magnetne meritve s SQUID magnetometrom
Primer: diamagnetizem v kompleksnih kovinskih zlitinah AlPdMn
dia, para in feromagnetizem
ločljivost reda 10-8 emu/mol m3
Sodelovanje s Fakulteto za matematikoin fiziko (Z.Trontelj, Z.Jagličič)
![Page 7: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/7.jpg)
Visokoločljiva kalorimetrijaTemperaturni obseg: ~80K-460KTemperaturna stabilnost <0.1 mKSignal/šum (ac način delovanja): ~0.01%Meritev specif. toplote Cp ločljivosti reda mKvzorci od 10 mg - ~1g
325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 3752.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7LC ELASTOMERS x=0.28
relaxation runac run
ΔH =2.91 J/g L=0.24 J/g
x=0.005 relaxation run ac run
ΔH =2.51 J/g
NematicIsotropic
C p(J/g
K)
T(K)
Ločimo lahko fazne prehode v plasteh debeline reda 1 molekule.
![Page 8: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/8.jpg)
Resonančna spektroskopija in slikanje(NMR, MRI, EPR)
[email protected]@ijs.si
[email protected]@ijs.si
![Page 9: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/9.jpg)
NMR – Jedrska magnetna resonanca
![Page 10: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/10.jpg)
Primer: študij mehčanja bitumnov z NMR
NMR spekter vodika v bitumnu
zmehčan
trdNMR mehčalna krivulja bitumna:
širina NMR spektra v odvisnosti od temperature
NMR mehčalne krivulje bitumnov različnih
proizvajalcev
MOL
AGIP
INA
![Page 11: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/11.jpg)
Študij strjevanja cementov z NMR
Spin-mrežni relaksacijski čas T1 po zmešanju cementa z vodo
Hidratacijski čas (ure)
C3S
“beli” cement
OPC1 ura 1 dan 1 mesec
![Page 12: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/12.jpg)
Oprema laboratorija za MR slikanje
Superprevoden magnet 2.35 TRF tuljave in gradientna tuljava
Piksel 100x100x100 μm3, 1cm3, slika H2O, 256x256x256 točk
![Page 13: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/13.jpg)
Primer visokoločljive 3D slike: oreh
Rekonstrukcija površin Zaporedje slik po rezinah
(parametri slikanja: matrika 2563, vidno polje 30 mm, ločljivost 120 μm, čas slikanja 19h)
![Page 14: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/14.jpg)
Laboratorij za biofiziko – EPR center
Elektronska paramagnetna resonanca:opazovanje stanj prostih elektronov (obstoječih in induciranih radikalov) in vplivov neposredne okolice na molekularni skali
Kemična industrija ter industrija materialov
• stabilnost polimerov in drugih snovi pred škodljivimi učinki radikalov (UV & ionizirajoča sevanja)• EPR dozimetrija ( intenziteta ionizirajočega sevanja prekonastalih radikalov)• Nedestruktivno določevanje koncentracij kisika v tkivih živali in hrani.
Farmacevtska ter prehrambena industrija
![Page 15: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/15.jpg)
Metode jedrske [email protected]
![Page 16: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/16.jpg)
Tandemski pospeševalnik z žarkovnimilinijami (zunanji žarek, mikrožarek, PIXE)
Metode za preučevanje lastnosti snovi, ki temeljijo na obsevanju z ionskimi žarki.
Mikroanalitski centerOdseka za fiziko nizkih in srednjih energij IJSRaziskave materialov in modifikacija snovi s pospešenimi ionskimi žarki
![Page 17: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/17.jpg)
Analiza tankih prevlek in kovinskih industrijskih izdelkov
Stranka pošlje objekt
Označenoin dejanskopodročje analize
50 100 150 200 250 300 35010
100
1000
10000
100000
1000000
Cu
Cu
Ni
Sn
Sunk
i
Kanal
Identifikacija elementov v prevleki z metodo PIXE, ki omogoča natančno metalurško analizo
Nedestruktivna, hitra in točna določitevelementnih globinskih profilov
Dimenzije vzorcev:10 mikrometrov do ~10 cm:Analize na ionskem mikrožarku•večji vzorci (do ~2 m): zunanji ionski žarekVodikovi ioni:Globinski doseg do 100 mikrometrovUltratanke prevleke: uporaba Li ionovGlobinska ločljivost do 10 nanometrov
![Page 18: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/18.jpg)
20 µm
Tridimenzionalna mikroobdelava: Direktno pisanje v polimer z ionskimmikrožarkom na osnovi načrta: digitalne črnobele fotografije.
Tridimenzionalna tomografija bioloških tkiv, mikrodelcev in mikroobjektov:
Ca Cl Pb
400 µm
Sodelovanje Odseka za fiziko nizkih in srednjih energij IJS z industrijo:Gorenje, Kolektor, Luka Koper, Cinkarna, NEK
![Page 19: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/19.jpg)
Odsek za fiziko nizkih in srednjih energij (F-2)http://ol.ijs.si/
VARSTVO PRED SEVANJEM IN MERITVE RADIOAKTIVNOSTI
Laboratorij za radiološke merilne sisteme in meritve radioaktivnosti Laboratorij za dozimetrične standarde
Ekološki laboratorij z mobilno enoto (ELME) Laboratorij za termoluminiscenčnodozimetrijo
Če imate vprašanja o karkšnemkoli vidiku radioaktivnosti – naj gre za meritve, varstvo zaposlenihpred sevanjem, izvozna dovoljenja ali pravne predpise – nas pokličite (01 4773 493)!
![Page 21: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/21.jpg)
Ramanska spektroskopija:
fotonska avtokorelacijska spektroskopija(fluktuacije lomnega kvocienta na skali od 1s do 1μs)
• spektralna analiza 200nm - 3µm (Perkin Elmer Lambda 900)• statične meritve intenzitete prepuščene svetlobe v območju več kot 5 redov
velikosti (ustreza EN 379)• laserska interferometrija (Zeemanski laser HP)• meritve pomikov• standardni laser He-Ne stabiliziran z 127I resonanco. Stabilnost boljša od 10-9
• optična elipsometrija: določanje profila lomnega kvocienta na površinah
![Page 22: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/22.jpg)
Optična pinceta, laboratorij FMF: močan fokusiran žarek “ujame” delce v gorišču
Lasersko oblikovanjemikrostruktur:
Tankostenski kanali -fotolitografsko strukturiranje.
Mikrokomore - direktnostrukturiranje. -> poster
Uporaba: merjenje sil med delci(koloidni sistemi, disperzije)
![Page 24: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/24.jpg)
plast
podlaga dfds
Rs
s
f
s Edd
R ν−=σ
161 2
podlaga
plastmaska
izvir
d
Hrapavost Debelina plastiNotranje napetosti
vzorec Taylor-HobsonForm TalysurfSeries 2
Resolucijavertikalna: 1 nmlateralna: 0,3 µm
Profilometrija
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1[mm]
[µm
]
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4[mm]
[µm
] d
0
50
100
150
200
0 10 20 30 40[mm]
[µm
]
rezina Si(111)
rezina Si(111)+2µm CrN
igla zdiamantnokonico
smer merjenja
vzorec
![Page 25: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/25.jpg)
Trdota
vzorec
Mitu
toyo
MV
K-H
2
rezultatvzorec
obtežitev
vzorec
igla zdiamantno
konico
rezultat
vzorec
Makro Mikro Nano
o22cos2 2dFHV =
Fisc
hers
cope
H10
0C
Wils
on R
ockw
ell5
00R
A
0
50
100
150
200
0 5 10 15 20 25obremenitev [mN]
glob
ina
odtis
a [n
m]
![Page 26: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/26.jpg)
Fn
Ft
igla
raza
podlagaplast
Lc4
100 µm
Lc5
100 µm
Lc3
100 µm
vzorec
Značilne poškodbe raze
Odvisnost od obremenitve
Shematski prikaz
Adhezija
Lc (AE) Lc (Ft)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100obremenitev [N]
sila
raze
nja
[N] .
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
koef
icie
nt ra
zenj
aakustičnaemisija [p.e.]
CSEMRevetestScratch-tester
![Page 27: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/27.jpg)
ODSEK ZA TEHNOLOGIJO POVRŠIN IN OPTOELEKTRONIKO (F-4)PREISKAVA POVRŠIN IN TANKIH PLASTI S
SPEKTROSKOPIJO AUGERJEVIH ELEKTRONOV (AES)
Način preiskave: - kvantitativna in semikvantitativna analiza 3-5 atomskih plasti površine materiala- v kombinaciji z metodo AES in ionskim jedkanjem vzorca je omogočena profilna analiza
tankih plasti do globine nekaj μm.Uporabnost: Preiskava kontaminacije površin, spremljanje učinkovitosti čistilnih postopkov, preiskava
oksidacije in korozijskih produktov, faznih mej, študij procesov difuzije v tankih plasteh, itd. Preiskave tankoplastnih struktur za elektroniko, mikroelektroniko in razne vrste metalurških prevlek.
AES profilni diagram večplastne strukture Al/Cu/Fe/Al2O3 po toplotni obdelavi na 300 oCSpektrometer Augerjevih elektronov na odseku F4
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50
Čas ionskega jedkanja (min)
Kon
cent
raci
ja(a
t%)
Al
Cu
Fe
CO
No. 2369, Al (90 nm)/ Cu( 80 nm)/ Fe (100 nm)/Al2O3,
![Page 28: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/28.jpg)
278280282284286288290292294296298
0
5000
10000
15000
XPS SPEKTER POLIMERA PET
VEZAVNA ENERGIJA (eV)
INTE
NZI
TETE
A (IM
PULZ
I/s)
-C1s
ODSEK ZA TEHNOLOGIJO POVRŠIN IN OPTOELEKTRONIKO (F-4)
PREISKAVA POVRŠIN IN TANKIH PLASTI ZRENTGENSKO FOTOELEKTRONSKO SPEKTROSKOPIJO (XPS=ESCA
Način preiskav: - točkovna in linijska analiza ter XPS slike površin, v kombinaciji z XPS metodo in ionskim jedkanjem vzorca je mogoča profilna analiza tankih plasti po njihovi globini (do 0,5 μm)
- možnost hlajenja in ogrevanja vzorcev v področju od – 140 oC do 1000 oC-XPS analiza izolatorjev kot so steklo, keramika, polimera in kompozitni materiali
Uporabnost: Enako kot metoda AES, s tem, da razen elementne sestave dobimo še podatke o kemijskem stanju elementov. Z metodo XPS lahko analiziramo tudi izolatorje.
Tri različna kemijska stanja C v polimeru PET prepoznamo iz treh vrhov C 1s v spektru XPS (PET=Polyethylene terephthalate)Spektrometer XPS na odseku F4
|— C—
|—C—O—
—C=O—
Inte
nzite
ta (i
mpu
lzi/s
)
Vezavna energija (eV)
![Page 29: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/29.jpg)
NanotehnologijaNanotehnologija::kontrolirana manipulacija snovi na atomski skalikontrolirana manipulacija snovi na atomski skali
Elektronski mikroskop
AFM mikroskop
STM mikroskopNanotehnološka “orodja” s katerimi vidimo atome
![Page 30: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/30.jpg)
MIKROSKOP NA ATOMSKO SILO (AFM)
1. Slikanje površine vzorcev velikosti do 10 mm z nanometrsko natančnostjo
MATERIALIPovršina naparjenega srebra
BIOKEMIJAfibrilizacija proteinov
KRISTALOGRAFIJAKristal z atomsko ločljivostjo
2. Slikanje ostalih površinskih lastnosti – porazdelitev magnetnihdomen, električnega naboja, trenja...
![Page 31: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/31.jpg)
Uporaba v kemiji,elektroniki...• adhezijske sile• koloidne sile v disperzijah• sile v tekočinah• elastične sile• magnetne in električne sile
Z AFM mikroskopom lahko merimo sile med delci: od 1pN do 1μN
![Page 32: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/32.jpg)
STM mikroskop
Slike posameznih atomov na površinah
![Page 33: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/33.jpg)
Litografija z elektronskim žarkom:žarek elektronskega mikroskopa uporabljamo za
“osvetljevanje” polimera
Primer: v tanko plast PMMA so izjedkani “piksli” 1x1μm2
![Page 34: FIZIKI NA INSTITUTU J.STEFAN](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012516/618fb2b1c19a017da4622642/html5/thumbnails/34.jpg)