Quantitative atomic resolution transmission electron microscopy for heterogeneous nanomaterials

Datum: 20 december 2017

Locatie: Campus Groenenborger, U0.24 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Karel H.W. van den Bos

Promotor: Sandra Van Aert

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Karel H.W. van den Bos - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

In ons dagelijks leven is nanotechnologie niet meer weg te denken met ontzettend veel toepassingen van zonnebrandcrème tot elektronische schakelingen in smartphones en computers. Nanodeeltjes hebben typisch een grootte van ongeveer 1 tot 100 nanometer, ongeveer een miljardste van een meter. Dit is een schaal van grootte net boven die van atomen, welke ongeveer 0.1 nanometer groot zijn. Doordat de eigenschappen van materialen veranderen wanneer zij verkleind worden naar deze schaal, kunnen binnen de nanotechnologie nieuwe geavanceerde producten gemaakt worden. De algemene gedachte hierachter is dat de eigenschappen van materialen volledig bepaald worden door hun driedimensionale (3D) atomaire structuur. Voor de ontwikkeling van nieuwe materialen met buitengewone eigenschappen is het daarom essentieel dat men de relatie tussen de eigenschappen en de structuur volledig begrijpt.

Door deze eis zijn er technieken nodig die materialen tot op atomair niveau kunnen karakteriseren. Een uitermate geschikte techniek hiervoor is transmissie elektronenmicroscopie (TEM) doordat hier beelden worden opgenomen met een atomaire resolutie waarvan de pixelwaarden bepaald worden door de 3D structuur van het te onderzoeken staal. Deze structurele informatie kan echter alleen maar achterhaald worden door kwantitatieve methoden, omdat de beelden zelf tweedimensionale (2D) projecties van het materiaal zijn. Het ultieme doel binnen dit onderzoek is om deze 3D informatie uit een enkel 2D beeld te halen. Op dit moment zijn voornamelijk technieken beschikbaar voor nanomaterialen die uit 1 chemisch element bestaan. Binnen deze huidige technieken worden deze 2D beelden gekwantificeerd met behulp van modelgebaseerde analyses door statistische parameterschattingstheorie. Allereerst is er daarom in deze thesis een openbronsoftware, genaamd StatSTEM, ontwikkeld waarin statistische parameterschattingstheorie op een efficiënte manier geïmplementeerd is. Hierna zijn deze geavanceerde methoden gebruikt om verschillende TEM technieken te vergelijken op een kwantitatieve manier. In een volgende stap zijn nieuwe methoden ontwikkeld die 3D atomaire informatie kunnen achterhalen van nanomaterialen die meerdere chemische elementen bevatten.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen