ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ ẢNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEM, TEM VỀ CẤU TRÚC VẬT LIỆU

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG - R BÀI TẬP BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH (MÃ MƠN HỌC: 602044) ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ ẢNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEM, TEM VỀ CẤU TRÚC VẬT LIỆU Giảng viên hướng dẫn: GVC, TS TRẦN VĂN NGŨ TS TRẦN VIỆT HÙNG Sinh viên thực MSSV Nguyễn Hoàng Nam - 61900761 Vũ Nhật Lân - 61900749 Nguyễn Thị Diễm Trinh - 61900797 Nguyễn Xuân Thọ - 61800865 Nguyễn Thị Phương Thảo - 61900780 Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Mục đích nghiên cứu: 1.3 Đối tượng nghiên cứu: CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ (SEM, TEM) – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.1 Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, SEM): 2.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission electron microscopy, TEM): CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 3.1 Xác định biến trình: 3.2 Phương pháp điều khiển phản hồi: 12 3.3 Sơ đồ khối Lưu đồ điều khiển trình: 13 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM 15 4.1 Hình ảnh thực nghiệm: 15 15 4.2 Hình ảnh giả lập Node Red: 16 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ 18 5.1 Ưu điểm Nhược điểm: 18 KẾT LUẬN 20 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 2.1 Kính hiển vi điện tử quét 2.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua 3.1 Các biến điều khiển .11 3.2 Sơ đồ mang tính nguyên tắc sách lược điều khiển phản hồi 12 3.3 Sơ đồ khối 13 4.1 Hình SEM từ vật liệu Si@TiO2/C với kích thước micro mét .15 4.2 Hình SEM từ vật liệu Si@TiO2/C với kích thước nano mét 15 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy/ cô Khoa Khoa học ứng dụng tạo điều kiện tốt để sinh viên tiếp nhận vốn kiến thức quý báu trình học tập trường Đặc biệt, nhóm chúng em xin bày tỏ lịng tri ân sâu sắc đến thầy Trần Văn Ngũ, trưởng môn hóa lý kỹ thuật, Khoa Khoa học ứng dụng thuộc trường Đại Học Tôn Đức Thắng thầy Trần Việt Hùng người đồng hành chúng em mơn điều khiển q trình Trong suốt q trình học tập nghiên cứu môn học này, thầy ln quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình, truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em Được giúp đỡ, dẫn thầy, chúng em bước sửa đổi sai sót, giải đáp thắc mắc khó khăn trình thực báo cáo Qua yêu cầu mà tập ứng dụng đề ra, chúng em có hội hiểu rõ ứng dụng mơn học vào thực tiễn Tập thể nhóm cố gắng hỗ trợ để hoàn thành báo cáo cách tốt Tuy nhiên, hạn chế khách quan chủ quan báo cáo chúng em khó tránh khỏi sai sót định Tập thể nhóm chúng em mong nhận ý kiến, đóng góp nhận xét từ thầy để hồn thiện kiến thức NHÓM EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY! LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển trình lĩnh vực ứng dụng quan trọng kỹ thuật điều khiển ngành cơng nghiệp lượng hóa chất (gọi chung công nghiệp chế biến process industry), môn khoa học nghiên cứu tĩnh học tĩnh động học biến đổi lý hóa trình sản xuất cơng nghiệp, phục vụ cho việc thiết kế thiết bị công nghệ hệ thống điều khiển q trình cơng nghệ Do điều khiển trình cốt lõi hệ thống tự động hóa q trình cơng nghệ Nghiên cứu hệ điều khiển trình theo hai hướng tiếp cận: hướng thứ thuộc nhà cơng nghệ điều khiển q trình phục vụ khâu thiết kế dây chuyền thiết bị công nghệ đề xuất nhiệm vụ điều khiển trình Hướng thứ hai nghiên cứu điều khiển tự động hóa để thiết kế, lắp đặt, điều chỉnh vận hành nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất an toàn cho người, máy móc mơi trường Vậy việc nghiên cứu lĩnh vực điều khiển trình, cụ thể trình điều khiển xử lý ảnh phương pháp SEM, TEM cấu trúc vật liệu không điều thiết yếu cho ngành Kỹ thuật hóa học mà cịn đóng vai trị quan trọng cho công nghiệp đại CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề: - Mắt người bình thường quan sát vật nhỏ khoảng 1mm Với mẫu vật có kích thước micromet hay nanomet, cần tới cơng cụ hỗ trợ kính hiển vi quang học kính hiển vi điện tử Vì thế, việc xử lý mẫu chụp SEM TEM đánh kích thước mẫu đặt kích thước micro hay nano nghiên cứu công việc cần quan tâm - Việc điều khiển chụp bề mặt vật liệu, hay chí thành phần bên vật liệu việc cần thiêt để kiểm tra phân bố cấu trúc hợp chất, từ đảm bảo tính qn chất lượng vật liệu 1.2 Mục đích nghiên cứu: - Ứng dụng kiến thức học điều khiển trình vào thực tế, mô điều khiển hệ thống phần mềm Node-Red, hiểu rõ trình hoạt động Từ sử dụng vào ngành vật liệu đại Qua phát cải thiện sai sót quy trình điều khiển cụ thể Cũng như, cải tiến ưu điểm để đạt chất lượng đầu tốt 1.3 Đối tượng nghiên cứu: - Tập trung mô phần mềm Node Red kết hợp sử dụng AutoCad, xây dụng mô hình điều khiển giả định Tạo hệ thống nhận xử lý thông tin để kiểm tra kết xử lý sai số CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ (SEM, TEM) – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.1 Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, SEM): Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, thường viết tắt SEM), loại kính hiển vi điện tử tạo ảnh với độ phân giải cao bề mặt mẫu vật rắn cách sử dụng chùm điện tử (chùm electron) hẹp quét bề mặt mẫu Việc tạo ảnh mẫu vật thực thơng qua việc ghi nhận phân tích xạ phát từ tương tác chùm điện tử Hình 2.1 Kính hiển vi điện tử qt với bề mặt mẫu vật Có nghĩa SEM nằm nhóm thiết bị phân tích vi cấu trúc vật rắn chùm điện tử 2.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission electron microscopy, TEM): Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission electron microscopy, viết tắt: TEM) thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng sử dụng thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh tạo huỳnh quang, hay film quang học, hay ghi nhận máy chụp kỹ thuật số Về mặt nguyên lý, TEM có cấu trúc tương tự kính hiển vi quang học với nguồn sáng (lúc nguồn điện tử), hệ thấu kính (hội tụ, tạo ảnh…), độ… Tuy nhiên, TEM vượt xa khả kính hiển vi truyền thống việc quan sát vật nhỏ, đến khả phân tích đặc biệt mà kính hiển vi quang học nhiều loại kính hiển vi khác khơng thể có nhờ tương tác chùm điện tử với mẫu Hình 2.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 3.1 Xác định biến q trình: Biến Điều khiển: • Chỉnh sửa hình ảnh , ( tùy chọn ): bao gồm nhiều định dạng khác sau - Focus (m): Tiêu cự, Điều khiển tiêu cự để làm cho ảnh mờ rõ - Constrast(%): Độ tương phản, Điều khiển độ tương phản để làm rõ phần sáng tối hình ảnh - Brightless(%): Độ sáng, Điều khiển độ sáng để điều chỉnh độ sáng tối hình ảnh - Magnification: Độ phóng đại, Dùng để điều chỉnh độ phóng đại lên gấp nhiều lần hiển thị hình máy tính - Generating overview: Vùng Quan sát, Dùng để thay đổi vùng hiển thị hình • Mode , ( kVa): tăng tốc SEM, dựa vào tính chất vật liệu mục đích phân tích để định - All Materials (5kVa): Sử dụng cho tất vật liệu, thường mẫu không dẫn điện - High res (10kVa): thường dùng cho mẫu dẫn điện - Analysis (15kVa): Dùng cho việc xác định nguyên tố mẫu • Intensity , ( Loại định dạng): Dựa vào mục đích sử dụng để lựa chọn loại định dạng xuất kết - Low: Chân không thấp, thường dùng cho phi kim có độ dẫn điện thấp - Image: hình ảnh - Point: điểm, thường dùng với chế độ Analysis - Map: tập hợp nhiều Point • Detector , ( Loại Dầu dò): Dựa vào mẫu cần đo để lựa chọn đầu dò sử dụng - BSD full (Mặc định): Backscattered electron detector - Topo A - Topo B Biến trạng thái: • Pck (Pa), Áp suất chân khơng: Yêu cầu hệ thống phải hoạt động mơi trường chân khơng Vì cần phải giữ cho môi trường môi trường chân không suốt q trình làm việc Biến nhiễu: • Độ dày mẫu , (μm nm): Trước đo mẫu, Chúng ta phải mài thủ công, đến đạt độ dày với kích thước đạt u cầu cho vào máy Với máy khác TEM phá hủy mẫu, cịn SEM khơng Tùy thuộc vào mẫu có mài tốt, phân tán tốt hay khơng từ chất lượng ảnh tốt • Độ dẫn điện mẫu: thuộc chất mẫu nên khơng thể điều khiển được, đo trước đó, biến nhiễu bản, ảnh hưởng lớn đến việc tích tụ phản xạ chùm tia Electron • Bụi: Là biến nhiễu không bản, đo lường được, ảnh hưởng lớn đến chất lượng hình ảnh Biến ra: • Chất lượng hình ảnh: - Độ phân giải - Dung lượng hình ảnh • Thời gian xử lý , ( giờ): Khi chất lượng hình ảnh cào thời gian xử lý ảnh lâu, tùy thuộc vào độ phân giải dung lượng hình ảnh yêu cầu 10 Hình 3.1 Các biến điều khiển 11 3.2 Phương pháp điều khiển phản hồi: Ở sách lược điều khiển phản hồi, phận tiếp nhận, chuyển đổi truyền tín hiệu lấy tín hiệu biến cần điều khiển để truyền điều khiển thực việc điều khiển để đạt giá trị cài đặt mong muốn biến cần điều khiển Hình 3.2 Sơ đồ mang tính nguyên tắc sách lược điều khiển phản hồi Ưu điểm: - Có thể ồn định q trình khơng ổn định – điều mà sách lược điều khiển bù nhiễu hay điều khiển tỷ lệ không thực - Chất lượng điều khiển cao triệt tiêu ảnh hưởng nhiễu không mong muốn, không xác định - Đảm bảo đạt mục đích mong muốn hay nhu cầu cần áp dụng với biến cần điều khiển Nhược điểm: - Tác động chậm, điều khiển không kịp thời để “hậu quả” xảy khắc phục ảnh hưởng tác động nhiễu 12 3.3 Sơ đồ khối Lưu đồ khối trình: Sơ đồ khối: Bụi Chế độ xem xem Mode Intensity Độ dày mẫu Độ dẫn điện mẫu KÍNH HIỂN VI SEM, TEM Detector Pck Hình 3.15 Sơ đồ khối 13 Chất lượng hình ảnh Thời gian xử lý Lưu đồ khối: Bắn chùm electron Chùm tia electron Nguồn phát điện tử Anot Thấu Kính Cuộn qt Màn hình qt Màn hình quét Máy ghi điện tử tán xạ Điện tử thứ cấp Mẫu Hình 3.4 Lưu Đồ khối 14 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM 4.1 Hình ảnh thực nghiệm: Hình 4.1 Hình SEM từ vật liệu Si@TiO2/C với kích thước micro mét Hình 4.2 Hình SEM từ vật liệu Si@TiO2/C với kích thước nano mét 15 4.2 Hình ảnh giả lập Node Red: Hình 4.3 Hình 4.4 16 Hình 4.5 Hình 4.6 17 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ 5.1 Ưu điểm Nhược điểm: TEM SEM Tạo ảnh thật với khả phân SEM khơng địi hỏi mẫu phải Ưu điểm Nhược điểm giải tới cấp độ nguyên tử, mỏng TEM, tức ta không với chất lượng cao đặc biệt cần phá hủy mẫu TEM cho hình ảnh cấu trúc SEM cho ảnh với độ vi mô bên mẫu vật rắn, phân giải cao mà xử lý khác hẳn với kiểu kính hiển mẫu vất vả, phải phá vi khác mẫu Tốc độ ghi ảnh TEM cao, Hoạt động dễ dàng, khơng địi hỏi cho phép chụp ảnh động, quay nhiều thiết bị đắt tiền TEM video trình động Giá thành SEM thấp chất rắn TEM nhiều TEM thiết bị đắt tiền SEM chụp ảnh Một TEM bình thường có giá từ mẫu dẫn điện 1-2 triệu USD SEM cho banj hình ảnh vi cấu TEM cần nột phịng thí nghiệm trúc bề mặt, khơng phải cấu tiêu chuẩn khắt khe độ ẩm, trúc thật vật liệu độ khơng khí, ổn định cao Độ phân giải SEM thấp nhiệt độ điện áp, cách ly hoàn toàn tiếng ồn, rung động nhỏ 18 nhiều so với TEM Yêu cầu mẫu khắt khe nên cần địi hỏi phịng thí nghiệm riêng để xử lý mẫu cực tinh vi, cần phải đạt độ mỏng định Các hệ thống TEM nằm buồng chân khơng siêu cao, địi hỏi phải có thao tác xác, tn thử cách nghiêm ngặt quy trình phức tạp 19 KẾT LUẬN Bài tập ứng dụng môn Điều khiển trình giúp chúng em nâng cao kỹ năng, kiến thức từ đến bao quát đề tài chúng em: Điều khiển xử lý ảnh phương pháp SEM, TEM cấu trúc vật liệu Dưới hướng dẫn thầy giúp chúng em nắm rõ kiến thức đặc biệt quan trọng đề tài lần Đề tài giúp chúng em trau dồi kỹ quan trọng như: kỹ làm việc nhóm, kỹ phân tích đánh giá vấn đề thái độ làm việc Những kỹ cần trau dồi thật kỹ cho tương lai chúng em sau Nhờ đề tài mà chúng em thử sức lĩnh vực hoàn toàn mới, tiếp xúc với loại máy móc đại kính hiển vi SEM, TEM làm việc với công cụ lập trình Node-red Chúng em xin chân thành cảm ơn GVHD Ts Trần Văn Ngũ Ts Trần Việt Hùng giúp chúng em có hội trau dồi nhiều kiến thức mới, tìm hiểu đề tài Và đặc biệt tạo điều kiện cho chúng em trau dồi kỹ cần thiết Em xin chân thành cảm ơn 20 ... Bài tập ứng dụng mơn Điều khiển q trình giúp chúng em nâng cao kỹ năng, kiến thức từ đến bao quát đề tài chúng em: Điều khiển xử lý ảnh phương pháp SEM, TEM cấu trúc vật liệu Dưới hướng dẫn thầy... trình điều khiển xử lý ảnh phương pháp SEM, TEM cấu trúc vật liệu không điều thiết yếu cho ngành Kỹ thuật hóa học mà cịn đóng vai trị quan trọng cho công nghiệp đại CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI... hình ảnh • Thời gian xử lý , ( giờ): Khi chất lượng hình ảnh cào thời gian xử lý ảnh lâu, tùy thuộc vào độ phân giải dung lượng hình ảnh yêu cầu 10 Hình 3.1 Các biến điều khiển 11 3.2 Phương pháp