ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ THI MÔN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU Thời gian làm bài 105 phút Sinh viên không sử dụng tài liệu I LÝ THUYẾT 1 Mẫu vật liệu bột nano tinh thể với[.]
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ THI MƠN: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU Thời gian làm 105 phút Sinh viên không sử dụng tài liệu I LÝ THUYẾT: Mẫu vật liệu bột nano tinh thể với kích thước hạt bột trung bình cỡ 70 nm chụp ảnh TEM, HRTEM EDTEM Các ảnh có dạng (vẽ hình)? Giải thích khác biệt hình ảnh ảnh chụp được? 3đ Cho biết ứng dụng đường DTA, DDTA TG? Cho mẫu hỗn hợp caolinite (Al4[Si4O10][OH]8: nước 5600 chuyển pha cấu trúc sang dạng bền 9800) thạch anh (SiO2: chuyển pha cấu trúc sang dạng bền 573 0) Đường TG cho m=9% Tính hàm lượng chất hỗn hợp cho biết dạng đường DTA, DDTA, TG có dạng (mẫu nung phân tích nhiệt đến 1000 0)? 3đ II BÀI TẬP: 4đ Mẫu vật liệu đa tinh thể pha : pha có kiểu mạng B pha có kiểu mạng A4, thơng số mạng aB1=1,1.aA4 Vạch thứ theo trục phổ XRD mẫu có d=1,9å Liệt kê số vạch nhiễu xạ theo trục ? 1.5đ Tính bán kính đơn vị cấu trúc tạo nên mạng tinh thể pha biết R A/ RB=0,55 Tính kích thước lỗ hỗng mặt mặt? 1.5đ Tính bán kính đơn vị cấu trúc tạo nên mạng tinh thể pha 2? 1đ ĐÁP ÁN I LÝ THUYẾT: CÂU 1: Các dạng ảnh TEM, HRTEM EDTEM mẫu bột nano có dạng sau: ảnh minh hoạ TEM HRTEM EDTEM Dạng ảnh TEM HRTEM khác hiệu ứng tương phản khác Ảnh TEM sử dụng hiệu ứng tương phản biên độ thấy ảnh thật mẫu bột nano, ảnh thể hạt bột chồng chất xen phủ lên Ảnh HRTEM sử dụng hiệu ứng tương phản giao thoa gây nhiễu xạ chùm điện tử qua cách tử, hệ mặt song song với chùm điện tử đóng vai trò cách tử nhiễu xạ, ảnh hạt bột cịn hình chiếu hệ mặt song song với chùm điện tử Ảnh mẫu bột nano tinh thể chồng chất xen phủ hạt bột riêng lẻ hình vẽ Ảnh EDTEM ảnh nhiễu xạ điện tử, trường hợp nhiễu xạ đa tinh thể mẫu dạng bột, hình ảnh vịng trịn đồng tâm CÂU II: Ứng dụng cuả DTA, DDTA, TG: học thuộc lòng trả Bài tập: Al4[Si4O10][OH]8 , từ cơng thức ta thấy có 8H, thấy 560 4H2O hiệu ứng thu nhiệt (tách nứơc hoá học) **Al4[Si4O10][OH]8 2Al2O3.4SiO2 +4H2O (ghi hay khơng phương trình khơng ảnh hưởng đến điểm kết tính tốn) Kcao= Al4[Si4O10][OH]8/4H2O=7,17 Mcao=7,17x9=64,53% MSiO2=100-64,53=35,47% ** SiO2 chuyển pha sang dạng bền 5730: hiệu ứng thu nhiệt **tại 9800 Caolinite sau nước chuyển pha sang dạng bền hơn: hiệu ứng tỏa nhiệt II BÀI TẬP: B1 có kiểu mạng giống NaCl, A4 kiểu kim cương **cơ sở B1: biến đổi B: 000 1 1 1 0 2 2 2 thay vào tính Fhkl làm số 111 1 11 1 1 11 2 A: 2 Fhkl ( f B f A )(1 cos ( h k ) cos (k l ) cos ( l h )) Có Fhkl ( f B f A ) A Ta thấy Fhkl=0 A=0 điều xảy h, k, l có chẵn có lẽ, hệ mặt có h, k, l có chẵn có lẻ khơng nhiễu xạ đựoc Những vạch nhiễu xạ pha B (pha 1) lần lựơt (111) (200) (220) (311) (222) với giá trị d: h2 k l d hkl a2 d111B a B1 ; d 200B aB1 ; d 220B a B1 ; d 311B aB1 11 ; d 222B aB1 12 Thay aB1=1,1aa4 ta có d111B 0,635a A4 ; d 200B 0,55a A4 ; d 220B 0,388a A4 ; d 311B 0,331a A4 ; d 222 B 0,317a A4 1 1 (1) ** sở A4: biến đổi 000 1 1 1 0 2 2 2 thay vào tính Fhkl làm số 111 133 313 331 444 444 444 444 Ta có Fhkl f c (1 cos ( h k l h k l ) i sin ( )).(1 cos (h k ) cos ( k l ) cos ( l h )) 2 Fhkl f c B A Fhkl=0 A B A=0 h,k,l có chẵn có lẻ B=0 tổng (h+k+l) chia hết cho hai không chia hết cho bốn Các hệ mặt rơi vào điều kiện khơng nhiễu xạ được, vạch nhiễu xạ A4 (pha 2) là: (111) (220) (311) (400) (331) tương ứng với giá trị d là: h2 k l d hkl a2 (hệ lập phương) d111A 0,577a A4 ; d 220 A 0,353a A4 ; d 311A 0,301a A4 ; d 400 A 0, 25a A4 ; d 331A 0, 229a A4 ) kết hợp với (1) ta có: 4 4 (2 d111B 0, 635a A4 ; d 200B 0,55a A4 ; d 220B 0, 388a A4 ; d 311B 0, 331a A4 ; d 222 B 0, 317a A4 1 1 (1) **trong nhiễu xạ tia X vạch có d giảm dần từ trái qua phải Kết hợp (1) (2) ta có vạch nhiễu xạ theo trục hoành phổ XRD mẫu là: (111)B1, (111)A4, (200)B1, (220)B1, (220)A4 Vạch thứ phổ vạch (200)B1 : d(200)B1=1,9=aB1/2 aB1=3,8 å, phương xếp chặt [100] ta có phương trình: 2RA+2RB=3,8 RA/RB=0,55 RA=0,674å; RB=1,225å Mạng B cịn A chiếm lỗ hổng Kích thứơc lỗ chưa bị chiếm Rlo 8mat=1,225x0,414=0,507å Rlo 4mat=1,225x0,225=0,275å aB1=1,1aA4=3,8å aA4=3,454å ta có 2r a a r 0.747 å