BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1 NGÀNH VẬT LÝ KỸ THUẬT VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT BÁO CÁO ĐỒ ÁN NGÀNH: VẬT LÝ KỸ THUẬT VẬT LIỆU VƠ ĐỊNH HÌNH Giảng viên hướng dẫn: PGS.Mai Thị Lan Sinh viên thực hiện: Trần Văn Đức Đinh Lê Thảo Nhi Nguyễn Duy Quý Đinh Thị Tho Nguyễn Phạm Đức Thịnh Hà Nội, ngày 13 tháng năm 2022 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I – NGÀNH VẬT LÝ KỸ THUẬT Điểm Nhận xét giảng viên MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG 1/ KHÁI QUÁT CHUNG, GIỚI THIỆU 1.1 Vật liệu: 1.2 Phân loại vật liệu: 1.2.1 Kim loại: 1.2.2 Vật liệu vô (ceramics): 1.2.3 Vật liệu hữu (Polyme): 1.2.4 Vật liệu tổng hợp: 1.2.5 Vật liệu tiên tiến: 1.2.5.1 Chất bán dẫn: 1.2.5.2 Vật liệu sinh học: 1.2.5.3 Vật liệu thông minh: 1.2.5.4 Vật liệu Nano: CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VƠ ĐỊNH HÌNH 2.1 Khái niệm: 2.2 Cấu trúc: 2.3 Tính Chất: 2.4 Ứng dụng: CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU 12 VƠ ĐỊNH HÌNH 12 3.1 Phân tích vật liệu vơ định hình: 12 3.1.1 Thực nghiệm: 12 3.1.1.1 Nhiễu xạ tia X: 12 3.1.1.2 Nhiễu xạ neutron: 12 3.1.1.3 Nhiễu xạ điện tử: 13 3.1.1.4 Kính hiển vi điện tử truyền tải 13 3.1.1.5 Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao: 14 3.1.1.6 Kính hiển vi lực nguyên tử hay kính hiển vi ngun tử lực: 14 3.1.2 Mơ phỏng: 15 3.2 Chế tạo vật liệu vô định hình 17 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Một số vật dụng làm từ kim loại Hình 1.2: Một số đồ dùng vật liệu vô Hình 1.3: số sản phẩm làm vật liệu hữu Hình 1.4: Hình ảnh sợi thủy tinh Hình 2.1: Sự khác biệt cấu trúc vơ định hình cấu trúc tinh thể Hình 2.2: Thủy tinh chất rắn vơ định hình Hình 2.3: Hình ảnh nhựa đường 10 Hình 2.4: Đường ăn 11 Hình 3.1: Hiện tượng chùm tia X nhiễu xạ mặt tinh thể chất rắn 12 Hình 3.2: Hình ảnh mở rộng mơ Phloem cotton thu từ kính hiển vi ánh sáng (trái) hình ảnh thu từ kính hiển vi điện tử truyển tải (phải) 14 Hình 3.3: Mơ tả phương pháp phân phối cặp 15 Hình 3.4: So sánh mật độ cấu trúc tinh thể vật liệu vơ định hình 16 CHƯƠNG 1/ KHÁI QT CHUNG, GIỚI THIỆU 1.1 Vật liệu: Vật liệu(tiếng Anh: Materials) chất hợp chất người dùng để làm sản phẩm khác Vật liệu đầu vào trình sản xuất chế tạo Trong công nghiệp, vật liệu sản phẩm chưa hoàn thiện thường dùng để làm sản phẩm cao cấp 1.2 Phân loại vật liệu: Vật liệu rắn phân nhóm thành ba loại sau: vật liệu kim loại, vật liệu vô vật liệu hữu Ngồi ra, cịn có vật liệu tổng hợp, kết hợp hai nhiều vật liệu khác Giải thích ngắn gọn phân loại vật liệu đặc điểm đặc trưng đưa sau Một danh mục khác vật liệu tiên tiến - vật liệu sử dụng ứng dụng công nghệ cao, chẳng hạn chất bán dẫn, vật liệu sinh học, vật liệu thông minh vật liệu kỹ thuật nano 1.2.1 Kim loại: Vật liệu nhóm bao gồm nhiều nguyên tố kim loại (ví dụ, sắt, nhôm, đồng, titan, vàng niken), thường nguyên tố phi kim loại (ví dụ, cacbon, nitơ oxy) với lượng tương đối nhỏ Nguyên tử kim loại hợp kim chúng xếp cách trật tự tương đối dày đặc Liên quan đến đặc tính học, vật liệu tương đối cứng mạnh lại dễ uốn (tức có khả biến dạng lượng lớn khơng bị gãy), có khả chống đứt gãy, điều giải thích việc chúng sử dụng rộng rãi ứng dụng kết cấu Vật liệu kim loại chất dẫn điện nhiệt cực tốt không bị ánh sáng khả kiến chiếu xuyên qua; bề mặt kim loại đánh bóng ngồi bóng bẩy Ngồi ra, số kim loại (tức Fe, Co Ni) có đặc tính từ tính mong muốn Hình 1.1: Một số vật dụng làm từ kim loại 1.2.2 Vật liệu vô (ceramics): Vật liệu vô hợp chất nguyên tố kim loại phi kim loại; chúng hầu hết thường ơxít, nitrua cacbua Ví dụ, vật liệu vơ thông thường bao gồm nhôm oxit (hoặc alumin, Al2O3), silic đioxit (hoặc silica, SiO2), silic cacbua (SiC), silic nitrua (Si3N4), và, ra, số gọi vật liệu vô truyền thống - loại cấu tạo từ khoáng chất đất sét (tức sứ), xi măng thủy tinh Về tính chất học, vật liệu vô tương đối cứng mạnh Về mặt lịch sử, vật liệu vô thể độ giòn cực độ (thiếu độ dẻo) dễ bị phân hủy Tuy nhiên, vật liệu vô thiết kế để cải tiến khả chống gãy; vật liệu sử dụng cho đồ nấu nướng, dao kéo, chí phận động ô tô Hơn nữa, vật liệu vơ thường cách điện nhiệt (tức có độ dẫn điện thấp), chịu nhiệt độ cao môi trường khắc nghiệt kim loại vật liệu hữu Về đặc điểm quang học, vật liệu vơ suốt, mờ mờ đục, số oxit vơ (ví dụ, Fe3O4) thể từ tính Hình 1.2: Một số đồ dùng vật liệu vô 1.2.3 Vật liệu hữu (Polyme): Polyme bao gồm vật liệu nhựa cao su phổ biến Nhiều số chúng chất hữu cơ, hợp chất hóa học dựa cacbon, hydro nguyên tố phi kim loại khác(tức là, O, N Si) Một số loại polyme phổ biến quen thuộc polyetylen (PE), nylon, poly (vinyl clorua) (PVC), polycarbonate (PC), polystyrene (PS) cao su silicone Những vật liệu thường có mật độ thấp, đặc tính học chúng thường không giống với vật liệu kim loại vật liệu vô - chúng không cứng không mạnh mẽ loại vật liệu khác Tuy nhiên, nhiều polyme dẻo dễ uốn (nhựa), có nghĩa chúng dễ dàng hình thành hình dạng phức tạp Nói chung, chúng tương đối trơ mặt hóa học khơng phản ứng số lượng lớn môi trường Một nhược điểm lớn polyme khuynh hướng bị mềm / phân hủy nhiệt độ cao số trường hợp, giới hạn hữu dụng chúng Hơn nữa, chúng có độ dẫn điện thấp khơng từ tính Hình 1.3: số sản phẩm làm vật liệu hữu 1.2.4 Vật liệu tổng hợp: Một hỗn hợp bao gồm hai (hoặc nhiều) vật liệu riêng lẻ, đến từ vật liệu kim loại, vật liệu vô vật liệu hữu Mục đích vật liệu tổng hợp đạt kết hợp thuộc tính khơng thấy số vật liệu đơn lẻ để kết hợp đặc điểm tốt thành phần vật liệu Một số lượng lớn loại vật liệu tổng hợp tạo kết hợp khác kim loại, gốm sứ polyme Hơn nữa, số vật liệu tự nhiên vật liệu tổng hợp — ví dụ, gỗ xương Tuy nhiên, hầu hết thảo luận vật liệu tổng hợp nhân tạo Một vật liệu tổng hợp phổ biến quen thuộc sợi thủy tinh, sợi thủy tinh nhúng bên vật liệu polyme (thường epoxy poly este) Thủy tinh tương đối bền cứng (nhưng giòn), polyme linh hoạt Do đó, sợi thủy tinh tương đối cứng, mạnh linh hoạt Ngồi ra, có mật độ thấp Hình 1.4: Hình ảnh sợi thủy tinh Một vật liệu quan trọng khác mặt công nghệ composite polymer (CFRP) gia cố sợi carbon — sợi carbon nhúng bên polyme Vật liệu cứng vật liệu gia cố sợi thủy tinh, đắt Vật liệu tổng hợp CFRP sử dụng số máy bay ứng dụng hàng không vũ trụ, thiết bị thể thao công nghệ cao (ví dụ: xe đạp, gậy chơi gơn, vợt tennis ván trượt / ván trượt tuyết) gần cản ô tô Các thân máy bay Boeing 787 chủ yếu làm từ vật liệu tổng hợp CFRP 1.2.5 Vật liệu tiên tiến: Những vật liệu sử dụng ứng dụng công nghệ cao gọi vật liệu tiên tiến Những vật liệu tiên tiến thường vật liệu truyền thống nâng cấp đặc tính vật liệu phát triển, có hiệu suất cao Chúng thuộc tất loại vật liệu (kim loại, vật liệu hữu cơ-polyme, vật liệu vô cơ-ceramic) thường đắt tiền Vật liệu tiên tiến bao gồm chất bán dẫn, vật liệu sinh học, vật liệu thơng minh Các đặc tính ứng dụng số vật liệu tiên tiến sử dụng cho laser, mạch tích hợp, lưu trữ thơng tin từ tính, hình tinh thể lỏng (LCD) sợi quang… 1.2.5.1 Chất bán dẫn: Chất bán dẫn có đặc tính điện trung gian chất dẫn điện (kim loại hợp kim) chất cách điện ( vật liệu hữu cơ-polyme vật liệu vô cơ-ceramic) Hơn nữa, đặc tính điện vật liệu nhạy cảm với nồng độ nhỏ nguyên tử tạp chất, nồng độ kiểm sốt vùng khơng gian nhỏ 1.2.5.2 Vật liệu sinh học: Vật liệu sinh học dùng phận cấy ghép vào thể người, để thay phận bị bệnh hư hỏng Những vật liệu không tạo chất độc hại phải tương thích với mơ thể Tất vật liệu bao gồm kim loại, vật liệu hữu cơ-polyme, vật liệu vô cơceramic, vật liệu tổng hợp chất bán dẫn sử dụng làm vật liệu sinh học 1.2.5.3 Vật liệu thơng minh: Vật liệu thơng minh nhóm vật liệu đại phát triển, có ảnh hưởng đáng kể đến nhiều cơng nghệ Các thành phần vật liệu thông minh (hoặc hệ thống) bao gồm số loại cảm biến (phát tín hiệu đầu vào) truyền động (thực chức đáp ứng thích ứng) Thiết bị truyền động yêu cầu để thay đổi hình dạng, vị trí, tần số tự nhiên đặc tính học để đáp ứng với thay đổi nhiệt độ, điện trường từ trường Bốn loại vật liệu thường sử dụng cho thiết bị truyền động: +) Hợp kim ghi nhớ hình dạng kim loại sau bị biến dạng trở lại hình dạng ban đầu nhiệt độ thay đổi +) Gốm áp điện nở co lại xuất điện trường (hoặc điện áp) đặt vào; ngược lại, gốm áp điện tạo điện trường kích thước bị thay đổi +) Tính chất vật liệu từ giảo tương tự vật liệu áp điện, ngoại trừ việc chúng phản ứng với từ trường +) Những chất lỏng điện trường từ trường chất lỏng có thay đổi đáng kể độ nhớt tác dụng điện trường từ trường tương ứng Những vật liệu thiết bị sử dụng làm cảm biến bao gồm sợi quang học, vật liệu áp điện (bao gồm số polyme) hệ thống vi điện tử 1.2.5.4 Vật liệu Nano: Một loại vật liệu có đặc tính hấp dẫn hứa hẹn to lớn mặt công nghệ vật liệu Nano Vật liệu Nano bốn vật loại liệu bản-kim loại, vật liệu hữu cơ-polyme, vật liệu vô cơ-ceramic vật liệu tổng hợp Vật liệu Nano phân loại dựa kích thước; tiền tố Nano biểu thị kích thước thực thể cấu trúc nằm thứ tự Nanomet ( 10^–9 m ) nhỏ 100 Nanomet (tương đương với khoảng 500 lần đường kính nguyên tử) Khả xếp nguyên tử cách cẩn thận tạo hội để phát triển đặc tính học, điện học, từ tính đặc tính khó để có Do đặc tính độc đáo khác thường này, vật liệu Nano tìm thấy ứng dụng điện tử, y sinh, thể thao, sản xuất lượng ứng dụng công nghiệp khác Các hạt Nano nhỏ có tỷ lệ diện tích bề mặt thể tích cực lớn, dẫn đến phản ứng hóa học cao Mặc dù mức độ an toàn vật liệu Nano chưa khám phá cách tương đối, có lo ngại chúng hấp thụ vào thể qua da, phổi đường tiêu hóa với tỷ lệ tương đối cao số vật liệu, có nồng độ đủ, gây nguy hiểm cho sức khỏe - chẳng hạn làm tổn thương DNA đẩy mạnh trình ung thư phổi CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VƠ ĐỊNH HÌNH 2.1 Khái niệm: Vật liệu vơ định hình thuộc nhóm vật liệu vơ – ceramic, nhóm vật liệu phi tinh thể, với đặc tính: khơng biến dạng dẻo, bền vững hóa học, có nhiệt độ nóng chảy cao, có tính chất nên sử dụng rộng rãi công nghiệp điện, hàng không vũ trụ, điện tử 2.2 Cấu trúc: Trạng thái vơ định hình trạng thái vật liệu bao gồm nguyên tử xếp không theo trật tự cho nguyên tử có nguyên tử xung quanh bao bọc cách ngẫu nhiên xếp chặt xung quanh Khi ta xét nguyên tử làm gốc bên cạnh với khoảng cách d dọc theo phương (d bán kính ngun tử) tồn nguyên tử nằm sát với nó, 2d, 3d, 4d khả tồn nguyên tử giảm dần Cách xếp tạo trật tự gần Vật rắn vơ định hình mơ tả giống cầu cứng xếp chặt túi cao su bó chặt cách ngẫu nhiên tạo nên trật tự gần Tỉ lệ nguyên tử chiếm 65% thể tích, cịn lại 35% lỗ trống, số lân cận gần 5% ❖ Sự khác biệt cấu trúc vơ định hình cấu trúc tinh thể: - Cấu trúc tinh thể cấu trúc có tính trật tự xa, điều có nghĩa tính chất xếp tuần hồn có mặt độ dài lớn so với số mạng tinh thể - Cấu trúc vơ định hình khơng có trật tự xếp cả, chất, mang tính trật tự phạm vi nhỏ, gọi trật tự gần Hình 2.1: Sự khác biệt cấu trúc vơ định hình cấu trúc tinh thể 2.3 Tính Chất: Chất rắn vơ định hình có đặc điểm tính chất là: - Có tính đẳng hướng có chuyển từ chất rắn vơ định hình sang chất lỏng xảy liên tục - Khơng có nhiệt độ nóng chảy xác định nhiệt độ đông đặc - Ở nhiệt độ cao bị nung nóng, chúng mềm dần chuyển sang thể lỏng - Nhiều vật rắn vừa tinh thể, vừa vơ định hình - Vật rắn vơ định hình có tính dẻo, dễ tạo hình, khơng bị ăn mịn, khơng bị gỉ sét 2.4 Ứng dụng: Sở hữu đặc tính độc đáo so với chất rắn tinh thể nên loại vật liệu rắn vơ định hình ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống Có thể kể đến vật liệu rắn phổ biến sau: ❖ Thủy tinh Thủy tinh hay cịn gọi kính hay kiếng, vật liệu thuộc nhóm chất rắn vơ định hình, có gốc silicat Người ta thường trộn thêm chất phụ gia khác để có tính chất theo ý muốn phục vụ cho nhu cầu sử dụng Hình 2.2: Thủy tinh chất rắn vơ định hình Khi sản xuất thuỷ tinh, vật liệu có chứa silic làm lạnh nhanh chóng từ trạng thái lỏng không đông đặc lại nhiệt độ giảm xuống điểm nóng chảy Sau đó, người ta làm mát vật liệu nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh Thủy tinh chất rắn vô định hình ứng dụng để sản xuất loại đồ gia dụng bình hoa, chai lọ, ly cốc uống nước, chén dĩa… Hoặc dùng làm dụng cụ quang học, sản phẩm thủy tinh mỹ nghệ đồ trang trí dùng ngành xây dựng ❖ Nhựa đường: Hình 2.3: Hình ảnh nhựa đường Một chất liệu rắn vơ định hình quen thuộc sống nhựa đường Đây hợp chất màu đen dạng lỏng bán rắn, có độ nhớt cao Nhựa đường có thành phần bitum thường xuất trầm tích tự nhiên dầu thơ Nhựa đường ứng dụng nhiều ngành xây dựng sản xuất bê tơng để rải đường, lát nền… Ngồi ra, dùng nơng nghiệp – thủy lợi (như bảo vệ chống thấm đập nước) sản xuất ô tô, sơn, vecni… ❖ Các loại nhựa Các loại nhựa bao gồm nhựa PS, PC, nhựa ABS hay PVC chất rắn vơ định hình phổ biến đời sống Điểm chung chúng chuỗi liên kết kết hợp liên tục có trạng thái rắn Hiện nay, nhựa vật liệu quen thuộc sống Nó ứng dụng để sản xuất vật dụng phục vụ cho ngành xây dựng, công nghiệp thực phẩm, may mặc,v.v Các sản phẩm từ nhựa tiện dụng, giá thành rẻ nên sử dụng nhiều ❖ Đường ăn 10 Hình 2.4: Đường ăn Ngồi loại kể trên, có nhiều chất rắn vừa tinh thể, vừa vơ định hình Điển hình đường ăn – loại gia vị quen thuộc có mặt hầu hết gia đình Ở dạng nguyên thủy, đường ăn dạng tinh thể Nhưng đun chảy làm lạnh nhanh cách đưa đường nóng chảy vào bề mặt vật lạnh Cuối cùng, kết thu chất rắn thuộc nhóm vơ định hình, mà dạng tinh thể hạt đường nguyên thủy ban đầu 11 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU VƠ ĐỊNH HÌNH 3.1 Phân tích vật liệu vơ định hình: Trong khoa học nói chung khoa học vật liệu nói riêng, nhà nghiên cứu thường sử dụng ba phương pháp để phân tích cấu trúc vật liệu, bao gồm: thực nghiệm, lý thuyết, mơ Dưới ta nói hai phương pháp phổ biến dung để phân tích cấu trúc vật liệu thực nghiệm mô 3.1.1 Thực nghiệm: 3.1.1.1 Nhiễu xạ tia X: Nhiễu xạ tia X tượng chùm tia X nhiễu xạ mặt tinh thể chất rắn tính tuần hoàn cấu trúc tinh thể tạo nên cực đại cực tiểu nhiễu xạ Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thường viết gọn nhiễu xạ tia X) sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu Xét chất vật lý, nhiễu xạ tia X gần giống với nhiễu xạ điện tử, khác tính chất phổ nhiễu xạ khác tương tác tia X với nguyên tử tương tác điện tử nguyên tử Hình 3.1: Hiện tượng chùm tia X nhiễu xạ mặt tinh thể chất rắn 3.1.1.2 Nhiễu xạ neutron: Nhiễu xạ neutron phương pháp xác định cấu trúc nguyên tử từ vật liệu Nó có chức áp dụng tốt nghiên cứu tinh thể rắn (xem tinh thể học), khí, lỏng chất vơ định hình Nhiễu xạ neutron dạng tán xạ đàn hồi neutron thí nghiệm có nhiều lượng so với neutron tới Kỹ thuật tương tự nhiễu xạ tia X khác loại tia xạ Mậu thí nghiệm cần đặt chùm tia neutron lạnh cường độ xung quanh mẫu cung cấp thông tin cấu trúc vật liệu 12 3.1.1.3 Nhiễu xạ điện tử: Nhiễu xạ điện tử tượng sóng điện tử nhiễu xạ mạng tinh thể chất rắn, thường dùng để nghiên cứu cấu trúc chất rắn cách dùng chùm điện tử có động cao chiếu qua mạng tinh thể chất rắn, từ phân tích vân giao thoa để xác định cấu trúc vật rắn Tinh thể chất rắn có tính chất tuần hồn, đóng vai trị cách tử nhiễu xạ Về mặt chất, nhiễu xạ điện tử gần tương tự nhiễu xạ tia X hay nhiễu xạ neutron Có điều, nhiễu xạ điện tử thường dùng kính hiển vi điện tử kính hiển vi điện tử truyền qua TEM, kính hiển vi điện tử quét SEM (sử dụng nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược - back scattering electron diffraction) 3.1.1.4 Kính hiển vi điện tử truyền tải Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) kính hiển vi sử dụng chùm electron hạt để trực quan hóa mẫu vật tạo hình ảnh đo lường cao Tems phóng đại vật thể lên tới triệu lần Để có ý tưởng tốt việc nhỏ nào, nghĩ tế bào nhỏ Khơng có lạ Tems trở nên có giá trị lĩnh vực sinh học y tế Tems hoạt động nào? TEMS sử dụng chùm electron điện áp cao để tạo hình ảnh Một súng electron đỉnh TEM phát electron qua ống chân khơng kính hiển vi Thay có ống kính thủy tinh tập trung ánh sáng (như trường hợp kính hiển vi ánh sáng), TEM sử dụng ống kính điện từ tập trung electron vào chùm mịn Chùm tia sau qua mẫu vật, mỏng electron phân tán chạm vào hình huỳnh quang kính hiển vi Một hình ảnh mẫu vật với phần hiển thị sắc thái khác theo mật độ xuất hình Hình ảnh sau nghiên cứu trực tiếp TEM chụp ảnh Hình cho thấy sơ đồ TEM phần Sự khác biệt TEM kính hiển vi ánh sáng gì? Mặc dù TEMS kính hiển vi ánh sáng hoạt động theo nguyên tắc bản, có số khác biệt hai Sự khác biệt TEMS sử dụng electron khơng phải ánh sáng để phóng đại hình ảnh Cơng suất kính hiển vi ánh sáng bị giới hạn bước sóng ánh sáng phóng đại lên tới 2.000 lần Mặt khác, kính hiển vi điện tử tạo hình ảnh phóng to nhiều chùm tia điện tử có bước sóng nhỏ tạo hình ảnh có độ phân giải cao (Độ phân giải mức độ sắc nét hình ảnh.) Hình so sánh độ phóng đại kính hiển vi ánh sáng với nhiệt độ TEM 13 Hình 3.2: Hình ảnh mở rộng mơ Phloem cotton thu từ kính hiển vi ánh sáng (trái) hình ảnh thu từ kính hiển vi điện tử truyển tải (phải) 3.1.1.5 Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao: (thường viết tắt HRTEM xuất phát từ thuật ngữ tiếng Anh Highresolution Transmission Electron Microscopy) chế độ ghi ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua cho phép quan sát ảnh vi cấu trúc vật rắn với độ phân giải cao, đủ quan sát tương phản lớp nguyên tử vật rắn có cấu trúc tinh thể Ngày HRTEM công cụ mạnh để quan sát vi cấu trúc tới cấp độ nguyên tử Khác với ảnh TEM thông thường có độ tương phản chủ yếu tương phản biên độ (ampltitude contrast) hiệu ứng hấp thụ HRTEM hoạt động dựa nguyên lý tương phản pha, tức ảnh tạo nhờ giao thoa chùm tia thẳng góc chùm tia tán xạ Khi chùm điện tử chiếu qua mẫu (có chiều dày, độ định hướng thích hợp) bị tán xạ theo nhiều hướng khác sóng tán xạ ghi lại thơng tin cấu trúc, vị trí ngun tử Vật kính phải có độ quang sai đủ nhỏ có độ phân giải điểm đủ lớn để hội tụ chùm tán xạ này, thực việc giao thoa với chùm chiếu thẳng góc để tạo ảnh có độ phân giải cao 3.1.1.6 Kính hiển vi lực nguyên tử hay kính hiển vi nguyên tử lực: (tiếng Anh: Atomic force microscope, viết tắt AFM) thiết bị quan sát cấu trúc vi mô bề mặt vật rắn dựa nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử đầu mũi dị nhọn với bề mặt mẫu, quan sát độ phân giải nanômét, sáng chế Gerd Binnig, Calvin Quate Christoph Gerber vào năm 1986 AFM thuộc nhóm kính hiển vi qt đầu dị hoạt động nguyên tắc quét đầu dò bề mặt 14 Điểm chung phương pháp phân tích chúng có chi phí cao khó để thực 3.1.2 Mơ phỏng: Tính tốn mơ đóng vai trị quan trọng việc khắc phục hạn chế hai phương pháp lại: giúp tính tốn hệ cấu trúc điều kiện phịng thí nghiệm khó tạo ra, khám phá vật liệu cấu trúc mới, tiết kiệm chi phí so với làm thực nghiệm, tính tốn hệ phức tạp mà lý thuyết chưa thể giải Quy trình tính tốn mơ “truyền thống” gồm có bước: - Giống trình nghiên cứu khoa học, quy trình tính tốn mơ bắt đầu trình lên ý tưởng từ liệu thu thập qua báo thực nghiệm, lý thuyết, hay mô - Từ ý tưởng ban đầu đó, nhà khoa học lựa chọn chương trình mơ phù hợp, phụ thuộc vào kích thước tính chất muốn nghiên cứu hệ cấu trúc vật liệu - Sau thu liệu từ trình chạy mơ phỏng, kết phân tích biểu diễn dạng đồ thị, hình ảnh, video cách trực quan Phương pháp phân phối cặp (pair distribution funtion) Nói cách đơn giản nhất, thước đo xác suất tìm thấy hạt khoảng cách r cách xa hạt chuẩn định, so với hạt chuẩn khí lý tưởng Hinh mơ tả cách thức tính tốn này, hạt màu đỏ hạt tham chiếu chúng ta, hạt màu xanh lam hạt có tâm nằm lớp vỏ hình trịn, điểm xuyết màu cam Hình 3.3: Mơ tả phương pháp phân phối cặp 15 Thuật toán chung liên quan đến việc xác định có hạt nằm khoảng cách r dr cách xa hạt Hàm phân bố xun tâm thường xác định cách tính tốn khoảng cách tất cặp hạt xếp chúng thành biểu đồ Biểu đồ sau chuẩn hóa khí lý tưởng, biểu đồ hạt hồn tồn khơng tương quan với Đối với ba chiều, chuẩn hóa mật độ số lượng hệ thống (p) nhân với thể tích vỏ hình cầu, biểu thị cách tượng trưng (p)4πr dr Hình 3.4: So sánh mật độ cấu trúc tinh thể vật liệu vô định hình Các kết so sánh với kết nghiên cứu trước để làm rõ tính hay hạn chế mơ hình tính tốn Những phân tích góp phần giải tốn lớn hơn, phân tích tính chất vật liệu, khám phá dự đoán vật liệu đáp ứng nhu cầu đa dạng người, hay toán tối ưu hoá nhằm phát huy tối đa tính chất vật liệu Tuy nhiên, việc giải toán lớn cần lượng lớn liệu mô để đối chiếu, nên tốn thời gian tài nguyên (máy tính, nhớ…) Hiện nay, người ta lựa chọn công cụ mới, trí tuệ nhân tạo, để tăng tốc độ giải vấn đề lớn Bằng cách sử dụng nguồn liệu thu từ mô phỏng, máy tính tự đề xuất mơ hình dự đốn, sau tính tốn kết tự đánh giá lại mơ hình có phù hợp với liệu mơ khơng Q trình lặp lại nhiều lần để chọn mơ hình tối ưu Mơ hình dự đốn áp dụng trực tiếp để giải toán lớn 16 ... VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU 12 VƠ ĐỊNH HÌNH 12 3 .1 Phân tích vật liệu vơ định hình: 12 3 .1. 1 Thực nghiệm: 12 3 .1. 1 .1 Nhiễu xạ tia X: 12 3 .1. 1.2 Nhiễu xạ...BÁO CÁO ĐỒ ÁN I – NGÀNH VẬT LÝ KỸ THUẬT Điểm Nhận xét giảng viên MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG 1/ KHÁI QUÁT CHUNG, GIỚI THIỆU 1. 1 Vật liệu: 1. 2 Phân loại vật liệu: ... tính Hình 1. 3: số sản phẩm làm vật liệu hữu 1. 2.4 Vật liệu tổng hợp: Một hỗn hợp bao gồm hai (hoặc nhiều) vật liệu riêng lẻ, đến từ vật liệu kim loại, vật liệu vô vật liệu hữu Mục đích vật liệu