Phương pháp phân tích XRD là phương pháp phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nhiễu xạ tia X là một kỹ thuật phân tích không phá hủy mẫu, cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể và các thông số cấu trúc khác. Nhiễu xạ tia X được sử dụng rộng rãi nhất để xác định thành phần cấu trúc vật liệu như khoáng chất hoặc các hợp chất vô cơ. Xác định thành phần chất rắn chưa biết là rất quan trọng đối với các nghiên cứu về địa chất, khoa học môi trường, khoa học vật liệu, kỹ thuật và sinh học.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ Báo cáo môn học Phương pháp tiên tiến khảo sát vật liệu cấu trúc nano NHIỄU XẠ TIA X (XRD) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ NỘI DUNG GIỚI THIỆU XRD NGUYÊN LÝ CỦA XRD ỨNG DỤNG CỦA XRD GIỚI THIỆU XRD Mạng lưới tinh thể [1] http://www.chm.bris.ac.uk/webprojects2003/cook/latticetypes.htm GIỚI THIỆU XRD Chỉ số Miller [h,k,l] [1] • Các mặt phẳng song song cách • Đặc trưng cho họ mặt phẳng: h, k, l (chỉ số Miller) http://www.examhill.com/miller-indices/ GIỚI THIỆU XRD Khoảng cách mặt phẳng song song [1] Miller indices of directions and planes, University of Cambridge GIỚI THIỆU XRD Khoảng cách mặt phẳng song song [1] Xác định d, h, k, l, a,b,c Xác định cấu trúc tinh thể GIỚI THIỆU XRD Tia X(???) Thí nghiệm XRD [1] Wilhelm Röntgen, 1895 Max von Laue, 1912 https://saunguyen.wordpress.com/2014 /04/18/nhieu-xa-tia-x-bai-1-gioi-thieuve-phuong-phap-phan-tich-bang-tia-x/ Bragg, 1914 NGUYÊN LÝ XRD Tính sóng ánh sáng • [1] theo thời gian Phương trình sóng tuần hồn • Phương trình sóng tuần hồn khơng gian NGUN LÝ XRD Hiện tượng nhiễu xạ/giao thoa ánh sáng [1] Cách tử nhiễu xạ = mạng tinh thể Sóng ánh sáng = tia X Chùm nhiễu xạ theo hướng xác định NGUYÊN LÝ XRD Điều kiện nhiễu xạ tia X – Định luật Bragg [1] (1) λ bước sóng tia X tới d khoảng cách mặt phẳng họ mặt θ góc phản xạ n bậc phản xạ Yêu cầu sóng ánh sáng: λ < 2d => Tia X ( neutron, electron…) 10 NGUYÊN LÝ XRD Cường độ tia X nhiễu xạ [1] • Phản xạ tuân theo ĐL Bragg khơng quan sát • Coi tia nhiễu xạ tập hợp tia tán xạ điểm • Các trường hợp tán xạ - Tán xạ electron nguyên tử - Tán xạ nguyên tử độc lập - Tán xạ nguyên tử ô đơn vị 11 NGUYÊN LÝ XRD Cường độ tia X nhiễu xạ • Cho hai nguyên tử A(0,0,0) [1] B(u,v,w) • Độ lệch pha sóng tán xạ: (2) (3) (4) • Biên độ sóng tán xạ: (5) F : thừa số cấu trúc Cường độ tia nhiễu xạ tỷ lệ thuận với F F = => phản xạ bị cấm 12 NGUYÊN LÝ XRD Quy tắc lọc lựa [1] 13 NGUYÊN LÝ XRD Phương pháp thực nghiệm [1] Nhiễu xạ đơn tinh thể Nhiễu xạ mẫu bột http://fce.iuh.edu.vn/wpcontent/uploads/2017/04/Seminar-XRD_26_1_2016full.pdf 14 NGUYÊN LÝ XRD Nhiễu xạ mẫu bột [1] 15 NGUYÊN LÝ XRD Giản đồ nhiễu xạ tia X [1] • Mỗi peak ứng với phản xạ họ mặt • Hình dạng giản đồ nhiễu xạ phụ thuộc: - Kích thước, hình dạng đơn vị - Số ngun tử vị trí ngun tử đơn vị Đặc trưng cho tinh thể Thẻ chuẩn 16 ỨNG DỤNG XRD • Xác định vật liệu chưa biết [1] • Xác định cấu trúc tinh thể • Kiểm tra đơn pha ( độ tinh khiết) • Xác định kích thước tinh thể • Nghiên cứu tính chất nhiệt biến đổi vật liệu • Phân tích định lượng 17 ỨNG DỤNG XRD • Xác định vật liệu chưa biết [1] 18 ỨNG DỤNG XRD • Xác định độ đơn pha [1] 19 ỨNG DỤNG XRD • Xác định kích thước tinh thể - [1] thể lớn Peak nhọn kích thước tinh ã Cụng thc Scherrer: 1àm (6) ã Trong ú: - d kích thước tinh thể - Bm Bs độ mở rộng vạch mẫu độ 500 nm 100 nm 10 nm mở rộng vạch chuẩn, tính theo radiant Chỉ áp dụng gần cho tinh thể kích nm thước nano 20 ỨNG DỤNG XRD • Phân tích định lượng [1] thuộc vào nồng độ - Dựa sở: cường độ phụ • So sánh hai cường độ tia nhiễu xạ ứng với hai pha - Dựa sở: cường độ phụ thuộc vào nồng độ 21 ỨNG DỤNG XRD • Xác định cấu trúc tinh thể B1: Nhận biết mạng Bravais[1] B2: Tính h,k,l (7) B3: Tính số mạng 22 ỨNG DỤNG XRD • Xác cấu trúc tinh thể [1] 23 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ Cảm ơn thầy cô ý lắng nghe! 24 ... Coi tia nhiễu x? ?? tập hợp tia tán x? ?? điểm • Các trường hợp tán x? ?? - Tán x? ?? electron nguyên tử - Tán x? ?? nguyên tử độc lập - Tán x? ?? nguyên tử ô đơn vị 11 NGUYÊN LÝ XRD Cường độ tia X nhiễu x? ?? •... NGUYÊN LÝ XRD Hiện tượng nhiễu x? ??/ giao thoa ánh sáng [1] Cách tử nhiễu x? ?? = mạng tinh thể Sóng ánh sáng = tia X Chùm nhiễu x? ?? theo hướng x? ?c định NGUYÊN LÝ XRD Điều kiện nhiễu x? ?? tia X – Định... sóng tia X tới d khoảng cách mặt phẳng họ mặt θ góc phản x? ?? n bậc phản x? ?? Yêu cầu sóng ánh sáng: λ < 2d => Tia X ( neutron, electron…) 10 NGUYÊN LÝ XRD Cường độ tia X nhiễu x? ?? [1] • Phản x? ?? tuân