DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ TEKSTİL MÜHENDİSLİĞİ TEKSTİL FİZİĞİ ÖDEVİ

Transkript

1 DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ TEKSTİL MÜHENDİSLİĞİ TEKSTİL FİZİĞİ ÖDEVİ Ramazan YILMAZ Mert ÇELİK Sinem ÖZKILIÇ Kemal İSKENDER İbrahim ŞAHİN Ayhan BİLEN Tuba CİVELEK Gülsüm Kelebek Selin KESKİN Cenk OĞUZ Recep ÖZTÜRK

2 TARAMALI ELEKTRON MİKROSKOBU SEM (Scanning Electron Microscope)

3 TARAMALI MİKROSKOP ÖRNEKLERİ

4 TARAMALI ELEKTRON MİKROSKOBU ÖZELLİKLERİ İnsan gözünün çok ince ayrıntıları görebilme olanağı sınırlıdır. Bu nedenle görüntü iletimini sağlayan ışık yollarının merceklerle değiştirilerek, daha küçük ayrıntıların görülebilmesine olanak sağlayan optik cihazlar geliştirilmiştir. Ancak bu cihazlar, gerek büyütme miktarlarının sınırlı oluşu gerekse elde edilen görüntü üzerinde işlem yapma imkânının olmayışı nedeniyle araştırmacıları bu temel üzerinde yeni sistemler geliştirmeye itmiştir. Elektronik ve optik sistemlerin birlikte kullanımı ile yüksek büyütmelerde üzerinde işlem ve analizler yapılabilen görüntülerin elde edildiği cihazlar geliştirilmiştir.

5 Taramalı Elektron Mikroskobu veya SEM (Scanning Electron Microscope), çok küçük bir alana odaklanan yüksek enerjili elektronlarla yüzeyin taranması prensibiyle çalışır. Manfred von Ardenne öncülüğünde 1930'lı yıllarda geliştirilmiştir. En sık kullanıldığı biçimiyle, yüzeyden yayılan ikincil (secondary)elektronlarla yapılan ölçüm, özellikle yüzeyin engebeli (topografik) yapısıyla ilişkili bir görüntü oluşturur. Taramalı Elektron Mikroskobu, birçok dalda araştırma-geliştirme çalışmalarında kullanımı yanında, mikro elektronikte yonga üretiminde, sanayinin değişik kollarında hata analizlerinde, biyolojik bilimlerde, tıp ve kriminal uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. İlk ticari taramalı elektron mikroskobu 1965'de kullanılmaya baslanmış, bundan sonra teknik gelişmeler birbirini izlemiştir. Taramalı Elektron Mikroskobunda (SEM) görüntü, yüksek voltaj ile hızlandırılmış elektronların numune üzerine odaklanması, bu elektron demetinin numune yüzeyinde taratılması sırasında elektron ve numune atomları arasındaki etkilerin uygun algılayıcılarda toplanması ve sinyal güçlendiricilerinden geçirildikten sonra bir katot ışınları tüpünün ekranına aktarılmasıyla elde edilir.

6 Modern sistemlerde bu algılayıcılardan gelen sinyaller dijital sinyallere çevrilip bilgisayar monitörüne verilmektedir. Gerek ayırım gücü (resolution), gerek odak derinliği (depth of focus) gerekse görüntü ve analizi birleştirebilme özelliği, taramalı elektron mikroskobunun kullanım alanını genişletmektedir. Büyütme gücü çok yüksektir. Lif kesitlerinin ve içyapısının incelenmesinde kullanılır. Kaplama yüzeylerinin karakterizasyonunda taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılır. Tüm katı malzemelerin mikro ve nano ölçekte yapılarını tayin edebilen ve bu yapıların elementel analizini yapabilen elektron mikroskobu (SEM) tüm endüstri sektörlerinde faklı tekniklerle üretilen ya da aynı teknikte farklı firmalar tarafından üretilen malzemelerin karşılaştırılmasında kullanılır.

7 Taramalı Elektron Mikroskobunun vakum odasının görüntüsü.

8 ÇALIŞMA PRENSİBİ Taramalı Elektron Mikroskobu Optik Kolon, Numune Hücresi ve Görüntüleme Sistemi olmak üzere üç temel kısımdan oluşmaktadır (Şekil 1). Optik kolon kısmında; elektron demetinin kaynağı olan elektron tabancası, elektronları numuneye doğru hızlandırmak için yüksek gerilimin uygulandığı anot plakası, ince elektron demeti elde etmek için yoğunlaştırıcı mercekler, demeti numune üzerinde odaklamak için objektif merceği, bu merceğe bağlı çeşitli çapta apatürler ve elektron demetinin numune yüzeyini taraması için tarama bobinleri yer almaktadır. Mercek sistemleri elektromanyetik alan ile elektron demetini inceltmekte veya numune üzerine odaklamaktadır. Tüm optik kolon ve numune 10-4 Pa gibi bir vakumda tutulmaktadır.görüntü sisteminde, elektron demeti ilenumunegirişimi sonucunda oluşan çeşitli ektron ve ışımaları toplayan dedektörler, bunların sinyal çoğaltıcıları ve numune yüzeyinde elektron demetini görüntü ekranıyla senkronize tarayan manyetik bobinler bulunmaktadır.

9

10 ÖNEMİ SEM ile alınan ölçümler, klasik yön-temler ile karşılaştırıldığında doğruluk oranları yüksek bulunmuştur. Taramalı elektron mikroskobu özellikle tekstil sektöründe kütiküller yüzeyin incelenmesinde önemli bir kullanım alanı bulmuştur. Tiftik kalitesinin belirlenmesinde günümüzde ODFA gibi hassas ölçümler yapabilen cihazlardan faydalanılmaktadır. Bu cihazlar ülkemizde tiftik ve yapağı analizi yapabilen az sayıdaki enstitü veya labaratuarda bulunmaktadır. Taramalı elektron mikroskobun üniversiteler ve bazı devlet kurumlarında çok amaçlı ve rutinde kullanıldığı düşünüldüğünde ham maddeye dayalı tekstil sektöründe de alternatif bir araç olabileceği, kısa zamanda ve hassas ölçümler vermesinin yanı sıra yüzeyin üç boyutlu görüntülenmesi ve element analizi yapabilmesi nedeniyle de ileride tercih edilen bir cihaz olacağı kabul edilmektedir.

11 TİFTİK ELYAFININ SEM GÖRÜNTÜSÜ

12 PP LİFİNİN SEM GÖRÜNTÜSÜ

13 GEÇİRİMLİ ELEKTRON MİKROSKOBU TEM (Transmission Electron Microscope)

14

15 GEÇİRİMLİ ELEKTRON MİKROSKOBU (TEM) TARİHÇE Geçirimli Elektron Mikroskobu veya TEM (Transmission Electron Microscope) cismin içinden geçirilen yüksek enerjili elektronların görüntülenmesi prensibine dayanır. Max Knoll ve Ernst Ruska tarafından 1930'larda yapılan çalışmaların sonucu ortaya çıkan geçirimli elektron mikroskobu, optik mikroskoba kıyasla çok daha küçük ayrıntıları görmeye olanak tanır.

16 Giriş Genel olarak, küçük ölçekli malzeme karakterizasyonu için akla gelen ilk cihaz optik mikroskoptur. Optik mikroskop, bilim adamlarına, çoğu numunelerde bir ilk inceleme imkanı verir ve bir inceleme sırasında rutin dokümantasyon için kullanılabilir. İncelemenin derinliği arttıkça, optik mikroskobun yerini hem ayırt etme (resolutionayırma) gücü ve hem de fokus derinliği daha yüksek üstün nitelikli cihazlar alırlar. Bununla beraber optik mikroskobun kullanımı, her yerde kolayca bulunabilirliğinden dolayı devam etmektedir.detaylı malzeme karakterizasyonu amacıyla, optik mikroskobun yerine iki daha güçlü cihaz geçmektedir: Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM) ve Scanning Elektron Mikroskobu (SEM). Makul fiyatı, kullanım kolaylığı ve geniş bir aralıkta bilgi vermesinden dolayı, SEM, malzeme incelemeleri için başlangıç cihazı olarak optik mikroskoba tercih edilir bir hale gelmiştir. Scanning elektron mikroskobu (SEM) metalik malzemelerin mikro yapılarının incelenmesinde kullanılan çok amaçlı bir cihazdır. Optik mikroskopla kıyaslandığı zaman, cihazın kalitesine bağlı olarak, ayırma gücü 3-10 nm ( A)mertebesinde olur. Büyütme miktarı optik mikroskopla transmisyon elektron mikroskobu arasındadır (25X X). Fokus derinliği, X de 1 um ve10x de 2 mm mertebesinde olup optik mikroskoptan daha üstündür. Tablo 1'deoptik, scanning elektron (SEM) ve transmisyon elektron (TEM) mikroskoplarının pratikteki minimum ayırt etme mesafeleri verilmiştir.

17 Bunlar optik mikroskoba benzer bir çalışma sistemine sahiptirler.tek fark,ışık ışını yerine elektron ışını kullanılmasıdır.fiziki çalışma sistemi tamamen farklı olmasına rağmen,burada optik mercekler yerine elektron mercekleri kullanılır.görüntü bir ekranda veya fotografik levhada elde edilir.elektronlar çok kolay yollarından sapabileceklerinden, bütün işlem ve görüntünün elde edilmesi tamamen bir vakum içerisinde gerçekleştirilir.elektronlar tungstenden akkor flamandan elektrikle ısıtılan elektron tabancasından elde edilir.anodla, flaman arasında voltluk bir potansiyel farkı tatbik edilir.

18 Osaka üniversitesi nde bulunan 300kV hızlandırma voltajı ile çalışan TEM

19 Cisme en yakın olan elektron merceği, alette en önemli olanıdır. Bu mercek, arasında ara bir büyütme elde eder. Büyütme işleminde, gelen ışın denemelerinin açısal genişliği küçüldüğü için, projektör sistemi bu büyütülmüş görüntüyü kolayca işler. Hemen hemen bütün elektron mikroskoplarında iki veya üç mercek mevcuttur. Bunlar arasında bir büyütme sağlar.

20 TEM VE SEM İN KULLANIM ALANLARI Günümüzde mikroskoplar birçok alanda inceleme yapmak için başvurduğumuz en önemli cihazlardır.geçmişten beri kullanılan mikroskoplar günümüzdeki gelişmelerden sonra önemini daha da arttırmıştır. Birçok bilim dalında,tıp ve adli tıp alanında,uçak ve otomobil sanayisinde,tekstil ve daha birçok sektörde kendine kullanım alanı bulmuştur.

21 Bugün optik mikroskopun yerine iki daha güçlü cihaz geçmiştir.bunlar TEM ve SEMdir. Makul fiyatı,kullanım kolaylığı ve geniş bir aralıkta bilgi vermesinden dolayı SEM,malzeme incelemeleri için optik mikroskopa tercih edilir bir hale gelmiştir.

22 TEM İN KULLANIM ALANLARI -Biyoloji alanında -Tıp alanında -Madde bilimleri -Yeryüzü bilimlerinden elde edilen örneklerin iç yapılarını görüntülemekte kullanılır.

23 SEM İN KULLANIM ALANLARI MEDİKAL KULLANIM

24 Sağlıklı,sağlıksız kan ve doku örneklerini veya hastalığa sebep olan etkenleri belirlemede,ilaç verilen hastalarla verilmeyenler arasındaki farkları gözlemleyerek,ilacın hasta üzerindeki etkilerini belirlemede kullanılabilir. Bu özelliği sayesinde,canlı organizmadaki ilaç etkilerini ve canlı organizmaya alınan ilaçların yapısını inceleyen farmakoloji dalına büyük katkı sağlamıştır.

25 ADLİ TIP

26 Metal parçaları,boya ve mürekkep gibi maddeleri karşılaştırmada ya da saç veya iplik laboratuvarında delilleri incelemede kullanılabilir. Örneğin;saçlardan ve kıllardan DNA ve mitokondri DNA sı elde edilebilir.bugün birçok cinayet, saç tellerinin adli tıp laboratuvarında mikroskoplarla incelenmesi sonucunda çözülebiliyor.

27 METALLERİN İNCELENMESİNDE

28 Soğuk ve sıcak gibi farklı koşullar altında metallerin dayanıklılığını belirlemede,güvenlik nedeniyle güçlü bir metal kullanımı gerektiren uçak,tren gemi ve otomobil gibi araçların yapımında kullanılan metallerin dayanıklılığını belirlemede kullanılır.

29 BİLİMSEL ARAŞTIRMALAR

30 Biyologlar bitki ve hayvan dokularına bakmak,kimyagerler mikroskobik kristalleri incelemek,metallerin plastiklerin ve seramiklerin yapısını incelemek gibi bilimsel araştırmalarda SEM in kullanılabileceği pek çok farklı alan vardır.

31 Bu sayede SEM,dokuların ve organlardaki yapısal ve işlevsel değişiklerin tanınması,araştırılması ve incelenmesiyle ilgilenen pataloji bilim dalına katkı sağlamıştır.

32 -Doku ve organ örneklerinde;beyin dokusu,kemik iliği incelenmesi gibi konularda -Embriyonel dokuların -Doku mühendisliği uygulamalarında -Hücre ve doku kültürünün yapısal incelemelerinde -Yüksek çözünürlükleriyle nm boyutlarında dizilmiş karbon ce silikon atomlarını çözümleyebilmekte ve malzeme kusurlarını belirleyebilmektedir.bu özelliğinden dolayı bilgisayar sanayisinde de kullanılmaktadır.

33 TEKSTİL SEKTÖRÜNDE KULLANIMI

34 Gördüğümüz gibi birçok alanda kullanılan elektron mikroskopların teksil alanında da kullanımı yaygındır. Liflerin incelenmesinde,kumaş analizlerinde vb. alanlarda kullanılmaktadır.

35 -Tekstil sektöründe kullanılan sentetik ve doğal hammaddelerin karakterizasyonu -Liflerin kesitlerini ve iç yaçpısının incelenmesinde -Üretilen kumaşların amaca uygun olup olmadığı -Sektöre hizmet eden yan sanayi ürünlerinin(deterjan,boya,yumuşatıcı ) ürün üzerindeki etkileri tespit edilebilir. -Boya sektöründe pigmentlerin yapısal tayini ve uygulanan yüzeylerin karşılaştırmasında kullanılır.

36 Özetle; -Tıp ve adli tıp uygulamalarında -Sanayinin değişik kollarında hata analizlerinde -Biyoloik bilimlerde -Kaplama yüzeylerin karakterizasyonunda -Tüm katı malzemelerin mikro ve nano ölçekte yapılarını tayin etmek ve bu yapıların elementer analizinde -Lif kesitlerinin ve iç yapısının incelenmesinde kullanılır

37 Sonuç Birçok alanda kullanım alanı bulmuş elektron mikroskopları(tem ve SEM) günümüzde ve gelecekte birçok bilim dalına ışık tutmaya,hastalıkların tedavisinde,adli davaların çözülmesinde,sanayi sektörünün gelişmesinde ve tekstil alanındaki çalışmalara yardımcı olmaya devam edecektir.

38 BONUS Elektron Mikroskop Üzerinde İnsanın Gözyaşı

39 Fotoğrafçı Rose Lynn Fisher Elektron mikroskop ile insanın farklı durumlarda ki gözyaşlarının fotoğraflarını çekti.gözyaşlarının hüzünde,sevincte veya diğer ruh halindeki değişimlerini incelemiş.

40 Üzüntü gözyaşları

41 Toz zerreciklerinin göze kaçması nedeniyle oluşan gözyaşları

42 Soğan keserken akan gözyaşları

43 Uzun bi aradan sonra karşılaşıldığında ki sevinç gözyaşları

44 Umut gözyaşları

45 kahkaha gözyaşları

46 KAYNAKÇA www2.aku.edu.tr/~hitit/DERSLER/BAHAR/MALZEME KARAKTERIZASYON TEKNIKLERI/TARAMALI ELEKTRON MIKROSKOBU

47 TEŞEKKÜR EDERİZ.. Mikroskop insana önemini gösterdi,teleskop da önemsizliğini. Manly P. Hall