Oes Newydd ym maes Microsgopeg Electronau yng Nghaerdydd

Bydd microsgop sydd â’r gallu i ddelweddu’r lleiaf o wrthrychau yn cyrraedd Sefydliad Catalysis Caerdydd (CCI) yn ddiweddarach y mis hwn. Bydd ‘Microsgop Trosglwyddo Electronau drwy sganio i gywiro Egwyriannau’ cyntaf Caerdydd (AC-STEM) yn caniatáu i ymchwilwyr Canolfan Ymchwil Drosi newydd y Brifysgol feithrin eu henw da byd-enwog ym maes datblygu catalyddion newydd. Thomas E. Davies, o’r Ysgol Cemeg, sy’n esbonio rhagor.

“Yn ystod y flwyddyn ddiwethaf mae tîm Microsgopeg Electronau (EM) CCI wedi bod yn gweithio’n agos gyda Thermo Fisher Scientific^TM i baratoi Cyfleuster Microsgopeg Electronau CCI (CCI-EMF) cyn gosod Gwn Allyriadau Maes Oer cyntaf Cymru, sef Spectra 200 S/TEM .

Cafodd y platfform ei ffurfweddu’n benodol i wella gallu CCI i nodweddu catalyddion, fel y bydd modd delweddu cydraniadau atomig a dadansoddi catalyddion heterogenaidd yn gemegol.

Mae’r gallu i ddelweddu’r lleiaf o wrthrychau, megis yr atom, wedi’i gyfyngu oherwydd effaith yr egwyriannau sy’n digwydd yn system lens microsgop ond yn sgîl cywirydd egwyriannau S-CORR integredig Spectra, bydd delweddu STEM is-Angstrom yn mynd yn beth arferol.

Yn wir, dim ond drwy ddefnyddio’r dechnoleg hon y mae’r gallu i ddelweddu catalyddion un safle (SSC) megis y rheiny sy’n cynnwys atomau ynysedig o aur yn bosibl (Nature Chemistry cyf. 12, 560–567, 2020).

Mae’r grym i gydrannu a’r cynnydd yn y sensitifrwydd o ran elfennau ysgafnach yn cael ei wella ymhellach gan y system synhwyro STEM Panther sŵn isel iawn a ymrennir, a bydd hyn yn golygu bod modd delweddu dos isel o ddeunyddiau sy’n sensitif i belydrau megis seolitau, sef dosbarth pwysig o ddeunydd catalytig mandyllog a ddefnyddir ym myd diwydiant ac yn y labordy ymchwil.

Bydd uwch-ddadansoddeg megis y sbectromedr Pelydrau X Ynni Uwch-X (EDX) a synhwyrydd Continuum Gatan ar gyfer Sbectrosgopeg Colli Electronau Ynni (EELS) yn golygu y bydd modd cael gwybodaeth gyfansoddiadol yn gyflym ac yn fanwl gywir yn ogystal â chanfod elfennau hybrin.

System Continuum EELS fydd y cyntaf o’i math yng Nghymru a hon fydd cenhedlaeth nesaf EELS a microsgopeg electronau wedi’u hidlo gan ynni, gan gynnwys swyddogaethedd yn y fan a’r lle fel y bydd modd arsylwi ar brosesau ocsideiddio/lleihau yn y microsgop yn uniongyrchol ac mewn amser real.

Bydd mapio cemegol yn hwyluso’r broses o ddylunio a chyfuno deunyddiau catalytig cymhleth atom wrth atom megis y rheiny a ddefnyddir i leihau llygredd a glanhau nwyon tŷ gwydr (ACS Catal. 2020, 10, 5430-5442).  Ar y cyd â Synhwyrydd Electronau Uniongyrchol Merlin Medipix (DED) Quantum Detectors bydd y Spectra 200 hefyd yn gallu delweddu STEM 4D a TEM deinamig.

Bydd y cyfleuster EM newydd, yn sgîl buddsoddiad gan Gronfa Datblygu Rhanbarthol Ewrop drwy Swyddfa Cyllid Ewropeaidd Cymru (WEFO), CCAUC a Sefydliad Wolfson, yn gartref nid yn unig i’r Spectra 200 newydd ond bydd hefyd yn rhoi pob un o ficrosgopau electronau presennol CCI o dan yr un to mewn cyfleuster microsgopeg pwrpasol a ddyluniwyd i fod yn “hynod dawel”, wedi’i gysgodi’n electromagnetig ac yn rhydd o ddirgryniadau.

Bydd yr adeilad yn cael ei rannu â chyfleuster gwyddoniaeth arwynebau rhagorol Caerdydd a bydd y labordai ar ochr arall y coridor lle mae’r AC-STEM newydd.

Bydd y rhain yn gartref i Ficrosgop wedi’i gymell gan Rym (PiFM) cyntaf y DU ar gyfer topograffeg ar raddfa nano a sbectrosgopeg ddirgrynol ochr yn ochr â thechneg Sbectrosgopeg Raman wedi’i gwella â Blaen (TERS) newydd a gallu Sbectrosgopeg drwy Ffotoelectroneg pelydrau-X (XPS) enwog Caerdydd.

Bydd gosod yr offerynnau, y technegau a’r arbenigedd o’r radd flaenaf hyn yn yr un lle yn golygu y bydd gennym ganolfan unigryw ym maes delweddu deunyddiau a dadansoddi sbectrosgopig.

Mae Bouygues UK wedi codi’r adeilad gwyddonol hwn sydd o flaen yr oes, a’r cyfan yn rhan o Gampws Arloesedd newydd Prifysgol Caerdydd, sydd hefyd yn cynnwys y Ganolfan Ymchwil Drosi (TRH) ac adeiladau sbarc|spark.

Nod y TRH yw meithrin partneriaethau gyda mentrau cenedlaethol a rhyngwladol, hyrwyddo perthnasoedd academaidd-i-fusnes a hybu twf economaidd yng Nghymru, ac mae cyfleuster newydd yr EM mewn lle delfrydol i ddatblygu’r gyfres o labordai profi a nodweddu catalyddion sydd eisoes yn rhan o’r CCI.

Nod y CCI-EMF yw dod yn brif ganolfan arbenigedd maes microsgopeg catalysis yn ogystal â chynnig nifer o beirannau microsgopeg ym maes nodweddu nano-ddeunyddiau eraill ac uwch-ddeunyddiau mewn un lle (e.e., dyfeisiau lled-ddargludol, deunyddiau optoelectronig a ffotonig, a deunyddiau 2D newydd).

Bydd yn ganolbwynt ar gyfer gweithgareddau byd diwydiant yn y cyffiniau ac ymchwil a datblygu sy’n gofyn am ddadansoddiadau microsgopeg electronau i ddatblygu catalysis ond hefyd i nodweddu deunyddiau, dadansoddi methiant, peirianneg wrthdro, ac astudiaethau rheoli safon sy’n gofyn am y gallu dadansoddol i ddelweddu a chyfansoddi i lawr i’r raddfa atomig.

Thomas E. Davies

Ysgol Cemeg, Prifysgol Caerdydd

https://www.cardiff.ac.uk/cy/cardiff-catalysis-institute-electron-microscope-facility

Hoffai’r awdur ddiolch i Gronfa Datblygu Rhanbarthol Ewrop (ERDF), Swyddfa Cyllid Ewropeaidd Cymru (WEFO), Sefydliad Wolfson, Cyngor Cyllido Addysg Uwch Cymru (CCAUC), Thermo Fisher Scientific a Phrifysgol Caerdydd am eu cefnogaeth.