1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Laboratorijske vježbe	15

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

RENDGENSKA DIFRAKCIJA U INŽENJERSTVU MATERIJALA

CILJ KOLEGIJA
Ukazati na mogućnosti istraživanja materijala metodom Rendgenske difrakcije. Dati potrebnu teorijsku podlogu potrebnu za uspješnu provedbu analiza i interpretaciju rezultata. Provesti obuku u praktičnom radu na aparatu za Rendgensku difrakciju. Ukazati na mogućnosti uporabe tehnike pri analizi materijala te razvoju novih materijala.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA
1. Otkriće rendgenskog zračenja. Povijesni razvoj metoda rendgenske difrakcije.
2. Sigurnost u radu s rendgenskim zračenjem. Mjerne jedinice vezane uz ionizirajuče zračenje. Biološki efekti radijacije, mjere opreza pri radu s ionizirajučim zračenjem.
3. Pojam strukture. Kristalno i amorfno stanje. Monokristal i polikristalični materijal. Čimbenici koji definiraju strukturu. Tipovi struktura.
4. Kristalografija. Kristalni sustavi. Simetrijske operacije. Elementi simetrije. Točkasta grupa.
5. Bravaisove rešetke. Simetrijske operacije s translacijom. Prostorne grupe. Opis kristalne strukture. Millerovi indeksi.
6. Nastajanje rendgenskog zračenja. Svojstva rendgenskih zraka. Spektar rendgenskog zračenja, kontinuirano i diskontinuirano zračenje.
7. Pojave koje se zbivaju pri ozračivanju preparata rendgenskim zračenjem, apsorpcija i difrakcija rendgenskog zračenja. Laueove jednadžbe. Braggova jednadžba.
V. Rad s aparatom za Rendgensku difrakciju.
8. Čimbenici koji utječu na intenzitet rendgenskog zračenja: Atomni i strukturni faktor. Sistemska pogašenja. Apsorpcijski faktor. Lorentz-polarizacijski faktor. Temperaturni faktor. Multiplicitet.
V. Rendgenska kvalitativna analiza, uporaba Hanawalt sustava.
I. kolokvij
9. Metode provođenja rendgensko-difrakcijskog eksperimenta. Metode ispitivanja polikristaliničnog uzorka. Metoda difraktometra. Geometrija difraktometra. Optika. Monokromatori. Detektori. Nosači uzorka. Priprava uzoraka.
V. Rendgenska kvalitativna analiza, uporaba računalnog programa.
10. Rendgenska kvalitativna analiza, ICDD baza podataka. Kvalitativna analiza složenih sustava. Praktični savjeti za uspješnu analizu. Detekcijski limit. Najčešće greške. Vezane uz: zračenje, geometriju aparata, položaj preparata, uzorak sam.
V. Rendgenska kvantitativna analiza.
11. Rendgenska kvantitativna analiza: metode vanjskog i unutarnjeg standarda, vanjskog dodatka te RIR. Određivanje parametara elementarne ćelije. Praćenje promjena u sastavu čvrstih otopina. Dinamička rendgenska difrakcija.
V. Određivanje parametara elementarne ćelije.
12. Određivanje veličine kristalita i naprezanja. Scherrerova jednadžba. Određivanje širine difrakcijskih maksimuma. Mikronaprezanja i makronaprezanja. Jednadžba Stokesa i Wilsona. Williamson-Hall analiza.
V. Određivanje veličine kristalita.
13. Rendgenska strukturna analiza. Rietveldova analiza. Analitički izraz za aproksimativni opis difraktograma. Inicijalizacija parametara i tijek analize. Kvantitativni pokazatelji kvalitete analize.
II. kolokvij

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA
Stjecanje znanja o kristalografiji i rendgenskoj difrakciji. Razumijevanje kristalne prirode materijala te njenog utjecaja na svojstva. Shvaćanje načina rada različitih segmenata rendgenskog difraktometra praha. Osposobljavanje za rad na rendgenskom difraktometru praha, obradu i interpretaciju dobivenih podataka. Spoznaja opasnosti pri radu s ionizirajućim zračenjem te poznavanje i primjena mjera zaštite.

OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:
Studentima se preporučuje prisustvovati predavanjima, a obvezni su pohađati vježbe i pristupiti kolokvijima.

UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Uredno prisustvovanje predavanjima i vježbama.

NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
Nastava će se provoditi usmenim izlaganjem uz PowerPoint prezentaciju. Vježbe su laboratorijskog tipa.

NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
Kolokvij, pismeni ispit samo ukoliko student znanjem ne zadovolji na kolokvijima. Pri ocjenjivanju će se, pored uspjeha na kolokvijima, odnosno ispitu, uzimati u obzir cjelokupan rad studenta.

NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa

METODIČKI PREDUVJETI:

ISHODI UČENJA KOLEGIJA:
1. Razumijevanje karakteristika kristalnog stanja, važnosti kristalne strukture za mehanička, fizikalna i ostala svojstva materijala, te primjena znanja na razumijevanje strukture i ponašanja brojnih materijala.
2. Razumijevanje principa nastanka Rendgenskog zračenja, difrakcije i načina rada difraktometra.
3. Usvajanje vještina potrebnih za rad s difraktometrom, provođenje eksperimenta te analizu podataka dobivenih mjerenjem
4. Sposobnost identifikacije kristalnih faza u praškastom uzorku, provođenja kvantitativne analize, karakterizacije čvrste otopine te karakterizacija mikrostrukture.
5. Sposobnost kritičkog razmišljanja te sposobnost spoznaje i rješavanje problema u području Rendgenske difrakcije i strukturne karakterizacije.
6. Sposobnost primjene znanja iz matematike te strukture i svojstava materijala.
7. Sposobnost rada u miltidisciplinarnom timu te komunikacijske vještine

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA
1. Poznavanje i razumijevanje znanstvenih principa važnih za kemiju i inženjerstvo materijala.
2. Poznavanje i razumijevanje četiri temeljna elementa kemije i inženjerstva materijala: strukture, svojstava, proizvodnje i uporabe materijala.
3. Sposobnost selekcije i primjene prikladnih metoda i opreme analize povezane s proizvodnjom i uporabom materijala te kritička analize rezultata.
4. Poznavanje rada na računalu, osnove programiranja, korištenja baza podataka i programa za analizu i modeliranje.
5. Sposobnost primjene stečenog znanja u proizvodnom procesu i kontroli kvalitete-
6. Sposobnost identifikacije, definiranja i rješavanja problema u području kemije i inženjerstva materijala
7. Spoznaja potrebe za daljnjim usavršavanjem.

NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA

NASTAVNA JEDINICA: 1. Teorijske osnove kristalografije i rendgenske difrakcije
ISHODI UČENJA:
Poznavanje štetnog učinka ionizirajućeg zračenja na čovjeka.
Razumijevanje principa zaštite od zračenja.
Poznavanje mjernih jedinica koje se koriste u radu s ionizirajućim zračenjem.
Primjena sigurnosnih pravila za rad s ionizacijskim zračenjem.
Razumijevanje kristalne prirode tvari.
Razlikovanje vrsta kemijskih veza i poznavanje principa slaganja atoma, iona ili molekula u kristalnu rešetku.
Razumijevanje pojma elementarne ćelije i kristalne strukture.
Razlikovanje kristalnih sustava i Bravaisovih rešetki.
Poznavanje, uočavanje i razlikovanje elemenata simetrije.
Uočavanje kristalografskih ravnina. Određivanje Millerovih indeksa.
Razumijevanje pojmova točkaste i prostorne grupe.
Razumijevanje principa nastanka Rendgenskog zračenja.
Poznavanje prirode i svojstava Rendgenskog zračenja.
Razlikovanje kontinuiranog i karakterističnog zračenja.
Poznavanje načina detekcije Rendgenskog zračenja.
Poznavanje i razumijevanje pojava koje nastaju pri interakciji rendgenskog zračenja s materijalom.
Interpretacija geometrije difrakcije.
Poznavanje teorije difrakcije rendgenskog zračenja.
Interpretacija i primjena Braggovog zakona.
Razumijevanje pojma recipročne rešetke.
Razumijevanje ovisnosti intenziteta difrakcijskih linija o kristalnoj strukturi.
Interpretacija raspršenja zračenja na jednom elektronu, atomu, elementarnoj ćeliji i kristalu.
Razumijevanje pojma strukturnog faktora.
KRITERIJI VREDNOVANJA:
Opisati biološki učinak ionizirajućeg zračenja.
Navesti principe zaštite od zračenja.
Definirati važne mjerne jedinice koje se koriste u radu s ionizirajućim zračenjem i dozvoljene doze.
Navesti sigurnosna pravila za rad s ionizirajućim zračenjem.
Razlikovati kristalno i amorfno stanje. Opisati karakteristike kristalnog stanja.
Navesti i razlikovati vrste kemijskih veza.
Opisati principe slaganja atoma, iona ili molekula u kristalnu rešetku.
Definirati elementarnu ćeliju.
Navesti i opisati kristalne sustave i Bravaisove rešetke.
Razlikovati, uočiti i opisati elemente simetrije.
Opisati i uočiti kristalografske ravnine te navesti odgovarajuće Milllerove indekse.
Razlikovati i objasniti pojmove točkaste i prostorne grupe.
Objasniti princip nastanka Rendgenskog zračenja.
Opisati prirodu i svojstva rendgenskog zračenja.
Razlikovati kontinuirano i karakteristično zračenje.
Opisati načine detekcije Rendgenskog zračenja.
Opisati pojave koje nastaju pri interakciji Rendgenskog zračenja s materijalom.
Definirati difrakciju.
Opisati geometriju difrakcije.
Definirati pojmove vezane uz rendgensku difrakciju.
Opisati Von Laueov pristup.
Navesti i objasniti Braggov zakon.
Objasniti pojam recipročne rešetke.
Objasniti ovisnost intenziteta difrakcijskih linija o kristalnoj strukturi.
Opisati raspršenje zračenja na jednom elektronu, atomu, elementarnoj ćeliji i kristalu.
Definirati i opisati strukturni faktor.

NASTAVNA JEDINICA: Praktična primjena difrakcijskih metoda
ISHODI UČENJA:
Razlikovanje različitih metoda rendgensko-difrakcijske analize.
Interpretacija difrakcije na monokristalu.
Poznavanje dijelova aparata za rendgensku difrakciju praha, posebice difraktometra.
Primjena aparata za rendgensku difrakciju praha.
Poznavanje i primjena metoda priprave uzorka.
Poznavanje i razumijevanje vrsta i izvora grešaka u difrakcijskim podacima.
Interpretacija podataka pri identifikaciji kristalnih faza primjenom ICDD baze podataka.
Primjena računalne analize pri interpretaciji podataka, metode automatske identifikacije kristalnih faza.
Interpretacija podataka pri određivanju parametara elementarne ćelije, karakterizaciji čvrste otopine, određivanju veličine kristalita i mjerenju mikro-naprezanja.
Interpretacija podataka pri kvantitativnoj analizi.
Primjena metoda vanjskog i unutarnjeg standarda, metode poznatog dodatka, metode referentnog omjera intenziteta.
Poznavanje osnova rješavanja kristalne strukture i indeksiranja refleksa.
Razumijevanje Rietveldove metode. Uočavanje čimbenika koji utječu na izgled difraktograma.
Primjena Rietveldove metode na jednostavnom primjeru
Uočavanje široke primjenljivosti Rendgenske difrakcije u inženjerstvu materijala.
Reprodukcija različitih primjera primjene.
KRITERIJI VREDNOVANJA:
Razlikovati i opisati različite metode provođenja difrakcijskog eksperimenta.
Interpretirati mjerne podatke dobivene difrakcijom na monokristalu.
Opisati princip rada aparata za rendgensku difrakciju praha.
Navesti i opisati ulogu dijelova aparata za rendgensku difrakciju praha.
Opisati i primijeniti metode priprave uzorka.
Navesti i objasniti najčešće izvore grešaka pri mjerenju.
Provesti mjerenje i interpretirati podatke mjerenja pri kvalitativnoj analizi jedno i više komponentnog sustava primjenom ICDD baze podataka.
Primijeniti računalnu analizu pri interpretaciji podataka i identifikaciji kristalnih faza.
Provesti mjerenje i interpretirati dobivene podatke za određivanje parametara elementarne ćelije i karakterizaciju čvrste otopine.
Provesti mjerenje i interpretirati dobivene podatke za određivanje veličine kristalita i mjerenje mikro-naprezanja.
Provesti mjerenje i interpretirati dobivene podatke pri kvantitativnoj analizi.
Razlikovati, primijeniti i analizirati podatke dobivene provedbom različitih metoda kvantitativne analize.
Provesti mjerenje i interpretirati dobivene podatke za određivanje kristalne strukture i indeksiranje.
Opisati Rietveldovu metodu.
Definirati čimbenike koji utječu na izgled difraktograma.
Primijeniti Rietveldovu metodu na jednostavnom primjeru.
Navesti područja primjene Rendgenske difrakcije u inženjerstvu materijala.
Opisati važnija područja primjene.

1. Razumijevanje karakteristika kristalnog stanja, važnosti kristalne strukture za mehanička, fizikalna i ostala svojstva materijala, te primjena znanja na razumijevanje strukture i ponašanja brojnih materijala.
2. Razumijevanje principa nastanka Rendgenskog zračenja, difrakcije i načina rada difraktometra.
3. Usvajanje vještina potrebnih za rad s difraktometrom, provođenje eksperimenta te analizu podataka dobivenih mjerenjem
4. Sposobnost identifikacije kristalnih faza u praškastom uzorku, provođenja kvantitativne analize, karakterizacije čvrste otopine te karakterizacija mikrostrukture.
5. Sposobnost kritičkog razmišljanja te sposobnost spoznaje i rješavanje problema u području Rendgenske difrakcije i strukturne karakterizacije.

1. Rendgenska difrakcija na praju, S. Kurajica, HDKI & FKIT, 2020.
2. X-Ray Diffraction: A Practical Approach, C. Suryanarayana, M. Grant-Norton, Plenum Press, London, 1998.

Izborna grupa - Redovni studij - Kemija i inženjerstvo materijala