Tecniche di caratterizzazione
Processi
Monitoraggio in situ
Monitoraggio ex situ
Materiali
Strutture
Componenti o dispositivi finali
Morfologia
Composizione
Struttura
Propriet ottiche, elettriche,
Termiche, meccaniche, biologiche,
Interazione con i gas e fluidi,
Verifica di funzionamento 1
Tecniche di caratterizzazione.
I principi:
2
3
Microscopie Elettroniche
4
Le lenti
Una lente costituita dallinsieme di due superfici rifrangenti.
Ad esempio nel caso di due superfici rifrangenti sferiche in aria,
costituite da un mezzo di indice di rifrazione n, in cui la distanza tra i
vertici O1 e O2 molto piccola abbiamo un lente sottile.
p, oggetto
q, immagine
MICROSCOPIA OTTICA
5
Un raggio luminoso proveniente da P incontra dapprima la superficie
sferica convessa 1 e si rifrange, il raggio rifratto incontra poi la
superficie sferica concava 2 e si rifrange nuovamente.
Mettendo insieme le due rifrazioni con O1O2=0 otteniamo:
Formula di Descartes per una lente sottile Convenzioni di segno:
tutti i segmenti a destra di O sono positivi, quelli a
sinistra negativi.
12
111
11
rrn
qp6
Punti focali o fuochi
Fuoco oggetto
Fuoco immagine
oi
i
o
o
FF
Fq
rrn
F
Fpq
p
111
1
12
Se lente convergente
lente divergente 0
0
o
o
F
F
p, oggetto
q, immagine
12
111
11
rrn
qp
7
12
111
1
rrn
Fo
Equazione dei costruttori
di lenti
Centro ottico
Il punto O detto centro ottico.
Si pu dimostrare che i raggi luminosi passanti per O non vengono
deviati.
12
111
11
rrn
qp
0
111
Fqp
8
Costruzione delle immagini per lenti sottili
Nellapprossimazione parassiale
(i) limmagine di un punto un punto,
(ii) limmagine di un segmento AB perpendicolare allasse
principale un segmento ab anchesso perpendicolare allasse
principale.
lente biconvessa (convergente) lente biconcava (divergente)
Aberrazioni
Aberrazione sferica: dovuta alla non perfetta validit
dellapprossimazione parassiale. Aberrazione cromatica: dovuta al fatto che lindice di rifrazione
funzione della lunghezza donda della luce.
p q p
9
Aberrazioni Aberrazione sferica: dovuta alla non perfetta validit dellapprossimazione
parassiale [secondo la quale per un raggio avente raggio di inclinazione a
rispetto allasse ottico a=sina=tga, vale quindi leq. delle lenti, limmagine di
un punto un punto, limmagine di un segmento AB perpendicolare allasse
principale un segmento ab anchesso perpendicolare allasse principale].
fortemente dipendente dalla forma delle lenti utilizzate e dalla distanza
delloggetto 10
Aberrazione cromatica: dovuta al fatto che lindice di rifrazione funzione della
lunghezza donda della luce.
Aberrazioni
fortemente dipendente dalla forma e dalla dispersione n(l) delle lenti utilizzate
Possibile soluzione:
doppietto acromatico
11
Il microscopio composto
consiste in due lenti convergenti: una detta obiettivo, laltra detta oculare.
SISTEMI OTTICI
La distanza OO tra le due lenti maggiore delle distanze focali
OO > f+f
Loggetto AB posto poco al di sopra di f.
Esso forma una immagine ab (capovolta) poco sotto il fuoco f.
ab loggetto per loculare che forma una immagine ab virtuale,
capovolta e molto grande delloggetto.
La distanza focale f
dellobiettivo molto
pi piccola della
distanza focale f
delloculare: f
ab si deve formare ad una
distanza dalloculare pari
alla distanza minima della
visione distinta.
Per far ci si muove lintero
microscopio rispetto
alloggetto (messa a fuoco).
Lingrandimento vale:
'
'
''
''
fM
ff
LM
f
LM
MMAB
ba
ba
ab
AB
abM
oc
ob
oboc
Nei microscopi reali L circa la distanza tra
obiettivo ed oculare
SISTEMI OTTICI
Il microscopio composto
13
La capacit di ingrandimento di un microscopio non aumentabile a piacere
a causa del fenomeno della diffrazione.
La diffrazione dellobiettivo limita la distanza minima tra due oggetti che si
possono vedere ancora distinti in una immagine e quindi limita
lingrandimento.
SISTEMI OTTICI
Il microscopio composto
Ricordiamo il fenomeno di diffrazione ..
14
La capacit di ingrandimento di un microscopio non aumentabile a piacere
a causa del fenomeno della diffrazione.
La diffrazione dellobiettivo limita la distanza minima tra due oggetti che si
possono vedere ancora distinti in una immagine e quindi limita
lingrandimento.
2
20
l
l
bsin
bsinsin
IImedia
SISTEMI OTTICI
Il microscopio composto
Ricordiamo il fenomeno di diffrazione per una fenditura rettangolare
bmsin
m
mbsinImedia
l
l
,...2,1
0
I punti di annullamento si trovano imponendo 15
Potere risolutore di una fenditura rettangolare
Il potere risolutore definito come il minimo angolo di separazione tra due onde piane le cui figure di diffrazione sono ancora visivamente separabili su uno schermo. Il criterio ideato da Rayleigh dice che:
due figure di diffrazione sono risolvibili se come situazione limite il
massimo centrale di una delle due cade sul primo zero dellaltra.
Cio se langolo di incidenza delle due onde piane
differisce al minimo di: bse
b l
l 16
Se la fenditura circolare..
22.1D
sinl
I punti di annullamento della figura di
diffrazione si trovano imponendo
Usando lo stesso criterio (quello di
Rayleigh)utilizzato per la fenditura
rettangolare otteniamo che langolo
minimo tra le direzioni di due onde
piane le cui figure di diffrazione sono
ancora separabili su uno schermo posto ad
una grande distanza dalla fenditura vale:
22.1 DseD
ll
Dischi di Airy
17
Potere risolutore di un microscopio.
Limmagine di un microscopio che si forma alla distanza minima
della visione distinta deve essere al minimo ab=10-2 cm.
Le dimensioni AB delloggetto sono limitate dalla diffrazione
dellobiettivo. Infatti, i punti A e B hanno una immagine che
la figura di diffrazione dei fronti donda che passano attraverso il
foro costituito dallobiettivo. 18
Lente obiettivo
b D
Nel caso del microscopio fpAO
DftgfAB vetro
laaa 22.1con minminmin
quindi
ftgf
fD
AB vetrovetro
b
ll
222.122.1
Potere risolutore di un microscopio.
b
l
sin 2
1
vetro
vuoto
nAB
19
NA = n sin (m) n: indice di rifrazione
Apertura numerica e risoluzione
Aumento Apertura Numerica NA
Aumento risoluzione
Apertura numerica e dimensione dischi di Airy
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Elettroni:
40-200 keV
(standard)
200 keV 3 MeV
(high voltage)
33
34
35
36
37
38
39
40
41
Electron Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS)
Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS)
42
43
44
45
46
47
MICROSCOPIA A SCANSIONE
(SEM)
Elettroni: 0,5 40 keV
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
Top Related