Nghiên cứu tổng hợp spinel znfe2o4 bằng phương pháp đốt cháy và thử kha quang xúc tác

Hơn thế nữacông nghệ nano cho phép tổng hợp các hạt có kích thước rất mịn cỡ nano vàđiều khiển cấu trúc của vật liệu như: hình dáng và kích thước lỗ xốp, nhằm tạo ra sản phẩm có tính chấ

NGUYỄN ANH QUỐC

NGUYỄN ANH QUỐC

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY VÀ THỬ

KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC

Chuyên ngành: Hoá vô cơ

Mã số: 60.44.25

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN XUÂN DŨNG

VINH, 2014

Trước tiên, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn XuânDũng đã tạo điều kiện, hướng dẫn, giúp đỡ để tôi hoàn thành bản Luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo khoa Hóa đã giúp đỡ tôitrong quá trình học tập và bảo vệ luận văn tốt nghiệp

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quí thầy cô phòng thí nghiệm Hóa vô

cơ, phòng thí nghiệm Hoá lý trường Đại học Vinh đã giúp đỡ và tạo điều kiệnthuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài luận văn tôi đã nhậnđược sự giúp đỡ nhiệt tình của quí thầy cô phòng thí nghiệm Hoá lý, trườngĐại Học Sư Phạm Hà Nội, trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ ChíMinh, Viện Khoa học vật liệu thành Phố Hồ Chí Minh Xin chân thành cảmơn!

Cuối cùng, Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè và người thân tronggia đình đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình họctập và nghiên cứu!

Tác giả Luận văn

Nguyễn Anh Quốc

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT i,ii

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thiệu chung về spinel 4

1.2 Các ứng dụng của spinel 4

1.2.1 Khả năng chữa bệnh 4

1.2.2 Làm đồ trang sức 4

1.2.3 Ứng dụng dẫn thuốc và nhiệt trị 5

1.2.4 Ứng dụng trong sản xuất pin 5

1.2.5 Xử lý nước 5

1.2.6 Vật liệu xúc tác 5

1.2.7 Vật liệu chịu lửa 5

1.3 Spinel ZnFe2O4 6

1.4 Vật liệu nano 7

1.4.1 Khái niệm vật liệu nano 7

1.4.2 Công nghệ nano 10

1.4.3 Hóa học nano 10

1.4.4 Ứng dụng của công nghệ nano 11

1.4.5 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 14

1.5 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 20

1.5.1 Phương pháp phân tích nhiệt (DTA-TGA-DTG) 20

1.5.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 21

1.5.3 Phương pháp hiển vi điện tử (SEM, TEM) 23

1.5.6 Phương pháp khảo sát khả năng quang xúc tác của ZnFe2O4…….28

1.5.7 Phương pháp BET 28

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 31

2.1.Hoá chất 31

2.2 Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị 31

2.3 Chuẩn bị dung dịch 32

2.3.1 Dung dịch Zn(NO3)3 1M 32

2.3.2 Dung dịch Fe(NO3)3 1M 32

2.3.3 Dung dịch Xanh metylen 100 ppm 32

2.4 Tổng Hợp ZnFe2O4 bằng phương pháp đốt cháy……….…32

2.5 Các phương pháp đánh giá vật liệu 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Phân tích nhiệt 34

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung 35

3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng glyxin cho vào gel 39

3.4 Xác định một số đặc trưng vật liệu 42

3.5 Phổ hấp thụ UV-VIS 43

3.6 Thử khả năng xúc tác quang hóa của vật liệu 44

3.6.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen 45

3.6.2 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phân hủy xanh metylen 46

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DTA Phân tích nhiệt vi sai

DTG Đường nhiệt trọng lượng vi phân

Eg Năng lượng vùng cấm của chất bán dẫn

FACS Tổng hợp đốt cháy được kích hoạt bằng trường điện từ

SC Phương pháp đốt cháy dung dịch

SEM Kính hiển vi điện tử quét

SPM Siêu thuận từ

TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua

TGA Phân tích nhiệt trọng lượng

XRD Nhiễu xạ tia X

UV-VIS Phương pháp phổ hấp thụ electron.

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số vật liệu được điều chế bằng đốt cháy dung dịch 19

Bảng 1.2 Một số hợp chất được điều chế theo phương pháp đốt cháy gel 20

Bảng 3.1 Kích thước hạt tinh thể của mẫu nung ở các nhiệt độ khác nhau 38

Bảng 3.2 Các hằng số mạng của mẫu khi nung ở các nhiệt độ khác nhau….38 Bảng 3.3 Kích thước hạt tinh thể của mẫu điều chế với hàm lượng glyxin cho vào khác nhau……….41

Bảng 3.4 Các hằng số mạng của mẫu điều chế với hàm lượng glyxin cho vào khác nhau……….42

Bảng 3.5 Số liệu xây dựng đường chuẩn xanh metylen……….45

Bảng 3.6 Hiệu suất phân hủy xanh metylen theo thời gian chiếu xạ 47

Bảng 3.7 Biến thiên Ln(C/Co) theo thời gian 48

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc tinh hốc T và hốc O của tinh thể spinel 6

Hình 1.2 Cấu trúc lập phương trong mỗi tế bào 7

Hình 1.3 Sơ đồ tóm tắt phương pháp sol - gel 15

Hình 1.4 Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể chất rắn khi tia X lan truyền trong chất rắn 22

Hình 1.5 Nhiễu xạ kế tia X 23

Hình 1.6 Kính hiển vi điện tử truyền qua(TEM) 25

Hình 1.7 Thiết bị đo khả năng quang xúc tác.28

Hình 1.8 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của P/V(P 0 -P) vào P/P o 30

Hình 3.1 Phân tích nhiệt độ nung 34

Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nung ở 300 0 C 35

Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nung ở 400 0 C 36

Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nung ở 500 0 C 36

Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nung ở 600 0 C 37

Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nung ở 800 0 C 37

Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu R2 40

Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu R3 40

Hình3.9 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu R4 41

Hình 3.10 Ảnh TEM của mẫu điều chế ở điều kiện tối ưu 43

Hình 3.11 Phổ hấp thụ UV-VIS của ZnFe 2 O 4 ở 400 0 C 44

Hình 3.12 Phổ hấp thụ UV-VIS của ZnFe2O4 ở 500 0 C 44

Hình 3.13 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen 45

Hình 3.14 Hiệu suất phân hủy MB theo thời gian chiếu xạ 47

Hình 3.15 Sự phụ thuộc Ln(C/Co) vào thời gian 48

MỞ ĐẦU

Vật liệu nano là một lĩnh vực nghiên cứu được rất nhiều nhà khoa họcquan tâm trong thời gian gần đây, điều đó thể hiện qua nhiều công trìnhnghiên cứu, các phát minh sáng chế và nhiều sản phẩm ứng dụng công nghệnano ra đời phục vụ cho con người Sự phát triển của khoa học kĩ thuật gắnliền với sự phát triển của vật liệu Hiện nay, khoa học kĩ thuật đang phát triểntheo hướng tạo ra những vật liệu nhỏ gọn nhưng có những tính năng tuyệtvời Theo đó thì vật liệu nano (1-100nm) đã phát triển và giữ vai trò rất quantrọng trong các lĩnh vực vật lý, hoá học, sinh học, dạng vật liệu này đã mở racho khoa học kĩ thuật một con đường mới do những ứng dụng vô cùng đặtbiệt của nó mà các vật liệu dạng khối không thể nào có được Hơn thế nữacông nghệ nano cho phép tổng hợp các hạt có kích thước rất mịn (cỡ nano) vàđiều khiển cấu trúc của vật liệu như: hình dáng và kích thước lỗ xốp, nhằm tạo

ra sản phẩm có tính chất mong muốn để có thể áp dụng vào hầu hết các lĩnhvực của khoa học đời sống như chế tạo dược mỹ phẩm, thiết bị áp điện, pinnhiên liệu, sensor đặc biệt là xúc tác quang hóa

Spinel tinh thể được biết đến nhiều trước đây vì dùng làm đá quý.Nhiều viên ruby nổi tiếng trên trang sức và vương miện của vua chúa thựcchất là spinel đỏ Sau này, spinel được ứng dụng trong điều trị bệnh, sản xuấtpin sạc, làm vật chịu lửa, Trong số các loại spinel, spinel ferit MeFe2O4 (Me

= Co, Mg, Mn, Zn) thu hút được nhiều sự quan tâm nghiên cứu do thể hiệnđược nhiều tính chất điện từ, xúc tác thú vị Các hạt nano spinel kẽm feritđược biết đến với khả năng xúc tác quang hóa có thể được dùng để xử lý cáchợp chất hữu cơ trong nước trong vùng ánh sáng khả kiến

Trong số các phương pháp tổng hợp, tổng hợp đốt cháy là một kỹ thuậtquan trọng trong điều chế và xử lý các vật liệu gốm mới (về cấu trúc và chứcnăng), chất xúc tác, composit, vật liệu nano Quá trình tổng hợp sử dụng phản

ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt giữa hợp phần kim loại và hợp phần không kimloại, phản ứng trao đổi giữa các chất hoạt tính hoặc phản ứng có chứa các chấtoxi hóa khử Tổng hợp đốt cháy được đặc trưng bởi nhiệt độ cao, diễn ranhanh trong một thời gian ngắn Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốtcháy trở thành một phương pháp hấp dẫn cho sản xuất các vật liệu công nghệcao với chi phí thấp khi so sánh với phương pháp thông thường

Trong vòng 10 năm gần đây, xúc tác quang hóa đã ngày càng trở nênhấp dẫn đối với ngành công nghệ môi trường cho quá trình lọc nước vàkhông khí Đặc biệt xúc tác quang là chủ đề của một số lượng lớn các nghiêncứu liên quan đến làm sạch không khí và lọc nước So với các cách xử lý oxyhóa tiên tiến hiện nay thì công nghệ xúc tác quang hóa có nhiều ưu điểm hơnnhư dễ dàng lắp đặt và hoạt động ở nhiệt độ môi trường, không cần sử dụngcác chất phản ứng hóa học và không sinh ra phản ứng phụ, không phải xử lýthêm sau khi hoàn thành, mức tiêu thụ năng lượng thấp

Hiện nay các nước phát triển nói chung và Việt Nam nói riêng đangphải đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng nhất làkhi công nghiệp ngày càng phát triển như vũ bão Vấn đề bảo vệ và sử dụnghợp lý tài nguyên nước liên quan mật thiết với các biện pháp về chống ônhiễm nguồn nước do nước thải công nghiệp gây ra Một trong những biệnpháp đó là phải xử lý nước thải trước khi chúng được đưa vào nguồn nướcmặt tự nhiên Trong các ngành công nghiệp đặc biệt là nghành dệt nhuộmviệc tạo ra nhiều loại mặt hàng mẫu mã phong phú cũng đồng nghĩa với việcthải ra tự nhiên một lượng lớn nước thải nhuộm có hàm lượng chất ô nhiễmcao, vượt quá tiêu chuẩn cho phép Hơn thế nữa một trong những đặc điểmcủa nước thải nhuộm là bền và khó xử lý bằng biện pháp thông thường.Vì vậynếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng, làm mất cân bằng sinhthái, gây nguy hại đến hoạt động thuỷ sinh vật và ảnh hưởng trực tiếp đến đời

sống của con người Do đó việc xử lý nước thải công nghiệp là một yêu cầucấp bách đặt ra cho chúng ta.

Từ những lý do trên, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp spinel ZnFe 2 O 4 bằng phương pháp đốt cháy và thử khả năng quang xúc tác”

làm nội dung nghiên cứu của luận văn cao học

Nhiệm vụ chính của đề tài:

 Tổng hợp spinel ZnFe2O4 bằng phương pháp đốt cháy

 Xác định cấu trúc, kích thước hạt spinel ZnFe2O4 bằng các phươngpháp vật lí

 Thử khả năng xúc tác quang hóa của spinel ZnFe2O4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về spinel [2,8,15,19,20,22]

Spinel là oxit phức của magie và nhôm Magie có thể được thay thế bởikẽm, sắt hoặc mangan; còn nhôm được thay thế bởi sắt, mangan hoặc crôm

Có thể xem spinel như là hợp chất của hai oxit: oxit bazơ của kim loại hóa trị

II và oxit lưỡng tính của kim loại hóa trị III Ví dụ spinel MgAl2O4, CuAl2O4,ZnFe2O4,…

Spinel MgAl2O4 tinh khiết thì trong suốt không màu, tuy nhiên mộtlượng nhỏ các nguyên tố mang màu thay thế cho Mg hoặc Al sẽ tạo ra spinelvới màu sắc khác nhau Spinel được tìm thấy đủ các màu: màu đỏ máu, đỏhoa hồng, nhưng phổ biến là màu nâu nhạt phớt đỏ, phớt tím hoặc phớt cam;lam nhạt, lam phớt tím; tím nhạt Spinel màu trắng tinh khiết chưa tìm thấy

mà chúng thường có màu trắng phớt hồng và loại màu lục cũng thực sự hiếm

1.2 Các ứng dụng của spinel

Theo quan niệm của các nhà thạch học trị liệu, spinel tăng cường tuầnhoàn máu góp phần củng cố tính miễn dịch, tái sinh mô, chữa các bệnh nhiễmkhuẩn, bệnh da liễu, bệnh dạ dày Năm 2013, một cuộc hội thảo về ứng dụngcông nghệ nano trong y – dược học, bước đầu ứng dụng công nghệ nanocurcumin trong phòng và trị bệnh tổ chức ở Hà nội được rất nhiều nhà khoahọc trong nghành y đánh giá cao

Viên đá tên là Black Prince’s Ruby gắn trong vương miện Hoàng giaAnh nặng 170 carat thực chất không phải là ruby mà là spinel đỏ Viên Timur

Ruby 352 ct cũng là viên spinel đỏ, hiện là tài sản của Nữ hoàng Anh, nó có

một dấu vết lịch sử trên bề mặt: được khắc tên của một hoàng đế Mông Cổ làngười từng là chủ viên đá

Ở Myanmar, nơi đã khai thác được một số spinel màu đẹp nhất, vàođầu năm 1587 người ta đã công nhận spinel là một loại đá quý riêng biệt Cònnhiều nơi khác việc nhầm lẫn spinel thành đá khác kéo dài hàng thế kỷ sauđó.

Điều khiển tính chất từ của các hạt nano ferit spinel để dẫn thuốc vànhiệt trị Các hạt từ tính mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể Các hạtnanô từ tính thường dùng là ôxít sắt (magnetite Fe3O4, maghemite a-Fe2O3)bao phủ xung quanh bởi một hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh họcnhư PVA, detran hoặc silica Các thành phần trong mạch máu có tính chất từkhác nhau Có thành phần là nghịch từ (DM), thuận từ (PM), sắt từ (FM) vàsiêu thuận từ (SPM)

Spinel liti mangan oxit (LiMn2O4) làm vật liệu cực dương thay thế cho pin sạc ion Liti LiMn2O4 có các ưu điểm sau: Pin sử dụng vật liệu dươngLiMn2O4 có hiệu điện thế lớn (khoảng 4V); dung lượng thuận nghịch lớn, giánguyên liệu thấp, ít độc hại và chu kỳ sống dài Cấu trúc spinel LiMn2O4 cócác lỗ trống phù hợp cho sự đan xen Li+ mà không bị phá vỡ

Ứng dụng các hạt nano Fe1-xCoxFe2O4 (Co-ferrites) với x=0; 0,05; 0,1;0,2; 0.5 trong việc xử lý các nguồn nước bị nhiễm asenic, các kết quả thựcnghiệm cho thấy với 0,25-1,5 g hạt nano từ tính sử dụng cho 1lít nước nhiễmasenic sẽ làm giảm nồng độ asenic từ 0,1 mg/l xuống còn 10 µg/l, sau đó cáchạt nano từ tính còn có thể tái sử dụng được

Gạch chịu lửa spinel được ứng dụng nhiều để lót tại zôn nung của lòquay sản xuất clinke ximăng, được ứng dụng trong lò luyện thép.

1.3 Spinel ZnFe 2 O 4

Spinel là đại diện cho một loạt các hợp chất có công thức tổng quát

AB2O4 Trong đó A là cation hóa trị II và B là cation hóa trị III Mạng lướispinel gồm các ion oxi gém chắc đặc lập phương mặt tám, các cation A2+ và

B3+ được sắp xếp vào các hốc tứ diện và bát diện Các cation A,B lần lợtchiếm cứ các hốc tứ diện (hốc T) và hốc bát diện (hốc O) tạo thành từ phânmạng O2- đó

Hình 1.1 Cấu trúc tinh hốc T và hốc O của tinh thể spinel

- Mỗi hình lập phương bé chứa:

+ 1 phân tử AB2O4: 3 cation, 4 anion

Hình 1.2 Cấu trúc lập phương trong mỗi tế bào

1/4 hốc trống chứa cation, 3/4 hốc trống để không

- Nếu 8 cation A nằm vào hốc T, 16 cation B nằm vào hốc O ta đượcspinel thuận: A[BB]O4

- Nếu 8 cation A chiếm cứ hốc O 16 cation B, 8 chiếm cứ hốc T và 8chiếm cứ hốc O ta được spinel nghịch đảo: B[AB]O4

- Nếu 24 cation phân bố thống kê vào các hốc T và O ta có spinel trunggian:

AxB1-x[A1-xB1+x]O4

- Hốc T có kích thướt bé hơn hốc O nên khi các cation chiếm cứ hốc Tlàm giãn nở thể tích hốc T, tăng thể tích của tế bào

1.4 Vật liệu nano [3,7,12,17,23,24,25,30]

Khó có thể xác định chính xác thời điểm xuất hiện của khoa học vậtliệu nano, song người ta nhận thấy rằng vài thập niên cuối của thế kỷ XX làthời điểm mà các nhà vật lý, hoá học và vật liệu học quan tâm mạnh mẽ đếnviệc điều chế, nghiên cứu tính chất và những sự chuyển hoá của các phần tử

có kích thước nano Đó là do các phần tử nano biểu hiện những tích chất điện,hoá, cơ, quang, từ khác rất nhiều so với vật liệu khối thông thường Ví dụfulleren C60 gồm 12 mặt ngũ giác đều, 20 mặt lục giác đều, mỗi C có lai hoá

sp2, do đó có hệ electron  giải toả đều cả mặt trong và mặt ngoài của phân tửhình cầu, tương tự như hệ electron  giải toả trên lớp graphit Người ta xemfulleren là dạng hình cầu của graphit C60 kết tinh dạng tinh thể lập phươngtâm diện màu đỏ tía, tan tốt trong dung môi không phân cực, có khả năngthăng hoa Tinh thể C60 được biến tính bởi kim loại kiềm hay kiềm thổ (K3C60,CsRb2C60) có tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao (333oK) Màng mỏng C60 có thể bịhidro hoá, metyl hoá, halogel hoá, trong đó các nhóm thế nằm ở mặt ngoài.

Nó tạo thành phức chất với kim loại chuyển tiếp như C60O2Os2butylpyridin)2, C60Ir(CO)Cl(PH3)2

(4-t-Khái niệm vật liệu nano tương đối rộng, chúng có thể là tập hợp cácnguyên tử kim loại hay phi kim, oxit, sunfua, cacbua, nitrua có kích thướctrong khoảng 1-100 nm; Đó cũng có thể là các vật liệu xốp với đường kínhmao quản dưới 100 nm (zeolit, photphat và cacboxylat kim loại) Như vậy,vật liệu nano có thể thuộc kiểu siêu phân tán hay hệ rắn với độ xốp cao

Có thể nhận thấy rằng ở vật liệu nano, do kích thước hạt vô cùng nhỏ(chỉ lớn hơn kích thước phân tử 1 – 2 bậc) nên hầu hết các nguyên tử tự dothể hiện toàn bộ tính chất của mình khi tương tác với môi trường xung quanh.Trong khi ở vật liệu thông thường chỉ có một số ít nguyên tử nằm trên bề mặt,còn phần lớn các nguyên tử nằm sâu trong thể tích của vật, bị các nguyên tử ởlớp ngoài che chắn Do đó có thể chờ đợi ở các vật liệu nano những tính chấtkhác thường sau:

- Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnhhưởng bởi các biến đổi trong phạm vi thang nano, do đó khi làm thay đổi cấuhình của vật liệu ở thang nano ta có thể điều khiển được các tính chất của vậtliệu theo ý muốn mà không cần thay đổi thành phần hoá học của nó

- Vật liệu có cấu trúc nano có tỷ lệ diện tích bề mặt rất lớn nên chúng làvật liệu lý tưởng để làm xúc tác cho các phản ứng hoá học, thiết bị lưu trữthông tin Các chất xúc tác có cấu trúc nano sẽ làm tăng hiệu suất của các

phản ứng hoá học và các quá trình cháy, đồng thời sẽ làm giảm tới mức tốithiểu phế liệu và các chất khí gây hiệu ứng nhà kính Hơn nữa một nửa sốdược phẩm mới đang dùng để chữa trị hiện nay đều ở dạng các hạt có kíchthước micromet và không tan trong nước, nhưng nếu kích thước được giảmxuống thang nanomet thì chúng sẽ rất dễ dàng được hoà tan Vì vậy, vật liệunano sẽ tạo ra một sự phát triển mạnh mẽ trong việc sản suất các loại thuốcmới với hiệu quả cao và dễ sử dụng hơn.

- Tốc độ tương tác, truyền tin giữa các cấu trúc nano nhanh hơn rấtnhiều so với cấu trúc micro và có thể sử dụng tính chất ưu việt này để chế tạo

ra hệ thống thiết bị truyền tin nhanh với hiệu quả năng lượng cao

- Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano, nênnếu các bộ phận nhân tạo dùng trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắtchước tự nhiên thì chúng dễ dàng tương thích sinh học

Những tính chất khác thường trên đang là đối tượng khám phá của các

nhà khoa học Vấn đề này thuộc “Hiệu ứng kích thước” (size effect).

Những nghiên cứu về vât liệu nano hiện đang dừng ở mức khảo sát vàthăm dò, nghĩa là tìm phương pháp điều chế rồi khảo sát cấu tạo và tính chấtsản phẩm thu được, tích luỹ dữ kiện Những nghiên cứu lí thuyết mô hình hoácác loại vật liệu nano mới và tính chất của chúng đã xuất hiện nhưng chưanhiều, và kết quả chưa được kiểm chứng vì dữ kiện thực nghiệm còn nghèo

Hiện nay các vật liệu nano được phân loại thành:

- Vật liệu trên cơ sở cacbon

- Vật liệu không trên cơ sở cacbon Loại này gồm các loại sau:

+ Vật liệu kim loại

+ Vật liệu sunfua

+ Vật liệu oxit

+ Vật liệu B-C-N

+ Vật liệu xốp

- Các phân tử tự tổ chức và tự nhận biết.

Trong đó các oxit kim loại chuyển tiếp được sử dụng rộng rãi để chếtạo các vật liệu nano có kích thước và chức năng khác nhau dưới dạng que,màng hay vật liệu xốp

Trong công nghệ nano, nghiên cứu và sử dụng các hệ bao gồm các cấu

tử có kích thước nanomet (10-9 m) với cấu trúc phân tử hoàn chỉnh trong việcchuyển hoá vật chất, năng lượng và thông tin

Trước đây, thuật ngữ này được sử dụng với ý nghĩa hẹp hơn, ám chỉcác kĩ thuật sản suất và đo đạc các thực thể với kích thước nhỏ hơn 100 nm

Như vậy, theo định nghĩa thì công nghệ nano không phải là công nghệbao hàm nghiên cứu cơ bản về cấu tử có độ lớn nằm giữa 1nm và 100 nm Đểhiểu rõ hơn định nghĩa, ta có thể nêu ra một số ví dụ của thế giới nano Chẳnghạn những hạt muội than từ một thế kỷ nay là phụ gia không thể thiếu cho vậtliệu cao su làm lốp xe vì nó tạo độ bền cần thiết cho vật liệu Vậy từ lâu vậtliệu nano đã đi vào cuộc sống thường nhật của chúng ta Một số chất dùng

trong tiêm chủng cũng thuộc “nano” bởi vì chúng chứa một hoặc một vài

chủng protein, nghĩa là các phần tử vĩ mô ở cỡ nanomet Nhưng ta không thểxếp chúng vào công nghệ nano được

như: phương pháp phóng điện hồ quang, phương pháp sol – gel, phương phápnghiền bi, phương pháp ngưng đọng pha hơi, phương pháp mạ điện…

Việc xác định tính chất của vật liệu nano được thực hiện bằng cácphương pháp vật lý như phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp nhiễu xạtia Rơnghen, phổ hồng ngoại, phổ khối, kính hiển vi điện tử quét (SEM),Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)…

Công nghệ nano hứa hẹn sẽ “thay đổi cuộc sống của con người” bởi cónhững tính chất nổi trội và mới lạ Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vựckhác nhau của đời sống kinh tế xã hội

- Công nghệ nano với lĩnh vực điện tử, quang điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông

Không có một lĩnh vực nào mà công nghệ nano có ảnh hưởng nhiềunhư điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông Điều này được phản ánh rõnhất ở số lượng các transitor kiến tạo nên vi mạch máy tính, số lượng cáctransitor trên một con chíp tăng lên làm tăng tốc độ xử lý của nó, giảm kíchthước linh kiện, dẫn tới giảm giá thành, nâng cao hiệu quả kinh tế lên nhiềulần

Ứng dụng đầu tiên của công nghệ nano là tạo các lớp bán dẫn siêumỏng mới Ngoài ra công nghệ nano còn mở ra cho công nghệ thông tin mộttriển vọng mới: chế tạo linh kiện hoàn toàn mới, rẻ hơn và có tính năng caohơn hẳn so với transitor, đó là các chấm lượng tử được chế tạo ở mức độ tinh

vi, mỗi chiều chỉ có 1nm thì một linh kiện cỡ 1cm3 sẽ lưu trữ được 1000 tỷ tỷbit, tức là toàn bộ thông tin của tất cả các thư viện trên thế giới này có thể lưugiữ trong đó

Quang điện tử cũng là một yếu tố chủ chốt của cuộc cách mạng côngnghệ thông tin Lĩnh vực này cũng đang có xu thế giảm tối đa kích thước, ví

dụ như một số linh kiện của thiết bị phát tia laze năng lượng lượng tử, cácmàn hình tinh thể lỏng đòi hỏi được chế tạo với độ chính xác cỡ vài nanomet.

- Công nghệ nano với lĩnh vực sinh học và y học

Ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực sinh học để tạo ra các thiết bịcực nhỏ có thể đưa vào cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bào ung thư, tạo rahàng trăm các dược liệu mới từ các vi sinh vật mang ADN tái tổ hợp, tạo racác protein cảm ứng có thể tiếp nhận các tín hiệu của môi trường sống, tạo racác động cơ sinh học mà phần di động chỉ có kích thước cỡ phân tử protein,tạo ra các chíp sinh học và tiến tới khả năng tạo ra các máy tính sinh học vớitốc độ truyền đạt thông tin như bộ não

Công nghệ nano sinh học còn có thể được ứng dụng trong y học để tạo

ra một phương pháp tổng hợp, thử nghiệm để bào chế dược phẩm, nâng caocác kĩ thuật chuẩn đoán, liệu pháp và chiếu chụp ở cấp độ tế bào với độ phângiải cao hơn độ phân giải của chụp hình cộng hưởng từ

Một số công cụ đã được phát triển trong những năm gần đây như: kínhhiển vi đầu dò quét (SPM), kính hiển vi nguyên tử lực (AFM) cho phép quansát trực tiếp hoạt động của từng phân tử bên trong các hệ sinh vật và sựchuyển động của phân tử ở thời gian thực bên trong một động cơ cấp phân tử

Hy vọng rằng việc ứng dụng các thành tựu của công nghệ nano vào lĩnhvực sinh học và y học sẽ tạo ra được những biện pháp hữu hiệu để nâng caosức khoẻ, tăng tuổi thọ con người

- Công nghệ nano với vấn đề môi trường

Hoá học xanh và môi trường được quan tâm đặc biệt trong thời giangần đây Các kim loại dạng bột mịn như Fe, Zn thể hiện hoạt tính cao với cáchợp chất hữu cơ chứa clo trong môi trường nước Điều này dẫn tới việc sửdụng thành công loại màng chứa cát và bột kim loại xốp để làm sạch nướcngầm Các oxit kim loại nano với sự phân huỷ của chất hấp phụ, do đó các vật

liệu mới này được gọi là các “chất hấp thụ phân huỷ” Chúng được sử dụngtrong việc xử lí khí, phá huỷ các chất độc hại

- Công nghệ nano với vấn đề năng lượng

Nhu cầu về năng lượng là một thách thức nghiêm trọng đối với sự tồntại và phát triển của thế giới Trước một thực tế là các nguồn năng lượngtruyền thống đang ngày một cạn kiệt thì việc tìm ra các nguồn năng lượngkhác thay thế là một nhiệm vụ cấp bách đặt ra Năng lượng mặt trời có thểchuyển hoá trực tiếp thành điện năng nhờ pin quang điện Nguồn nhiên liệusạch là hidro có thể được tạo ra nhờ phản ứng quang hoá phân huỷ nước Cácquá trình trên đạt hiệu quả cao khi sử dụng các vật liệu nano Việc lưu trữhidro được thực hiện khi sử dụng các vật liệu ống nano

- Công nghệ nano với lĩnh vực vật liệu

Vật liệu composit gồm các vật liệu khác nhau về cấu trúc và thànhphần, sử dụng các hạt nano trong vật liệu composit làm tăng tính chất cơ lí,giảm khối lượng, tăng khả năng chịu nhiệt và hoá chất, thay đổi tương tác vớiánh sáng và các bức xạ khác Các vật liệu gốm composit được sử dụng làmlớp mạ trong điều kiện cơ, nhiệt khắc nhiệt Các lớp mạ tạo bởi các hạt nano

có các tính chất khác thường như thay đổi màu khi có dòng điện đi qua Cácloại sơn tường chứa các hạt nano làm tăng khả năng chống bám bụi Trên thịtrường đã xuất hiện loại thuỷ tinh tự làm sạch do được mạ một lớp các hạtnano chống bám bụi

Sản phẩm của công nghệ nano đã được ứng dụng rộng rãi tại các nướcphát triển Việc tiêu thụ sản phẩm nano trong một nước gắn chặt với tiêuchuẩn đời sống của nước đó Công nghệ nano còn đem lại hiệu quả kinh tế vôcùng to lớn cho các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Đức, Hiện nay, ở nước ta,công nghệ nano đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Cácsản phẩm sử dụng công nghệ nano xuất hiện ngày càng nhiều và tỏ ra ưu việthơn hẳn Các sản phẩm này tiêu tốn ít nhiên liệu, thân thiện với môi trường…

Hy vọng trong thời gian tới sản phẩm của công nghệ nano sẽ đem lại hiệu quả

và đem lại kinh tế nhiều hơn nữa cho nước ta

Cho đến nay, đã có rất nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vậtliệu nano Ngoài các phương pháp đơn giản như phương pháp phản ứng pharắn (phương pháp gốm), phương pháp nghiền, … còn có các phương pháp vật

lý như phun tạo màng, bốc bay trong chân không, hay các phương pháp hóahọc như: hóa keo, sol-gel, thủy nhiệt, đồng kết tủa,… Tùy theo điều kiện vàmục đích nghiên cứu mà mỗi tác giả sẽ lựa chọn phương pháp chế tạo vật liệu

cụ thể Ở đây chúng tôi sẽ trình bày sơ lược về một vài phương pháp trongcác phương pháp chế tạo nêu trên

1.4.5.1 Phương pháp phóng điện hồ quang

Cho chất khí trơ thổi qua bình chân không với áp suất thấp, trong bình

có hai điện cực nối với một hiệu điện thế cỡ vài Vol Khi mồi cho chúngphóng điện có hồ quang giữa hai điện cực, điện cực anôt bị điện tử bắn phálàm cho các phần tử ở đó bật ra, bị mất điện tử trở thành ion dương hướng vềcatot Do đó catot bị phủ một lớp vật chất bay từ anot sang Trong những điềukiện thích hợp sẽ tạo ra trên catot một lớp bột mịn, kích thước hạt cỡ nano.1.4.5.2 Phương pháp sol-gel

Phương pháp sol-gel được biết từ đầu thế kỉ XIX trong việc nghiên cứuđiều chế thủy tinh từ silicalcoxit nhưng chỉ được phát triển mạnh từ thập niên50-60 của thế kỉ thứ XX

Trong đó sol là một hệ keo chứa các cấu tử có kích thước hạt từ 1000nm trong dung môi đồng thể về mặt hóa học Gel là một hệ rắn “báncứng” chứa dung môi trong mạng lưới sau khi gel hóa, tức là ngưng tụ sol đếnkhi độ nhớt của hệ tăng lên một cách đột ngột Sol được hình thành bằng cáchphân tán các tiểu phân rắn trong dung môi hoặc đi từ phản ứng hóa học giữatiền chất và dung môi mang bản chất của phản ứng thủy phân:

1 MOR + H2O = -MOH + ROH

Gel được hình thành tiếp theo bằng phản ứng ngưng tụ:

-MOH + ROM - = -MOM - + ROH

-MOH + HOM - = -MOM - + H2O

Có thể tóm tắt phương pháp sol – gel theo sơ đồ sau:

Hình 1.3 Sơ đồ tóm tắt phương pháp sol - gel

So với các phương pháp khác, phương pháp sol-gel có thể kiểm soátđược tính chất của gel tạo thành và như vậy kiểm soát được tính chất của sảnphẩm nhờ sự kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình như kiểu tiền chất,dung môi, hàm lượng nước, nồng độ tiền chất, pH, nhiệt độ…Ngoài raphương pháp sol-gel còn có ưu điểm trong việc điều chế xúc tác nhiều thànhphần với độ đồng nhất cao và giá thành sản xuất rẻ

Hiện nay phương pháp sol-gel là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi và tỏ

ra có ưu việt để tạo ra các vật liệu khối, màng mỏng có cấu trúc nano, bột với

độ mịn cao hoặc dạng sợi có cấu trúc đa tinh thể hay vô định hình mà cácphương pháp khác khó thực hiện được

1.4.5.4 Phương pháp ngưng đọng hơi

Phương pháp này có thể tạo ra bột nano kim loại có độ tinh khiết cao,kích thước hạt đồng đều Để tiến hành người ta cho kim loại vào một bìnhkín, hút chân không và đốt nóng kim loại để kim loại nóng chảy và bốc hơi.Hơi kim loại bay lên được ngưng tụ lại trên bề mặt vật rắn ở trong bình chânkhông Muốn tạo bột oxit kim loại hay nitrua kim loại người ta thay môitrường chân không bằng khí oxi hoặc khí nitơ ở áp suất thích hợp rồi thổi quabình Cùng với sự ngưng đọng trên bề mặt, còn có các phản ứng hóa học xảy

ra tạo được bột với thành phần như mong muốn

1.4.5.5 Phương pháp mạ điện

Được dùng phổ biến để tạo ra các lớp kim loại mỏng trên bề mặt vậtdẫn điện Những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng lớp mạ gồmdung dịch điện phân, chất liệu điện cực, mật độ dòng điện, điện thế, nhiệt độ

Đối với công nghệ nano bên cạnh các yêu cầu về chất lượng như quátrình mạ thông thường còn có các yếu tố khác như: độ dày của lớp mạ, kíchthước hạt trên lớp mạ

1.4.5.6 Phương pháp làm nguội nhanh

Dùng lò cao tần để làm nóng chảy kim loại, hợp kim đặt trong một ốngthủy tinh thạch anh rồi cho khí trơ vào ống tạo áp suất phun lên bề mặt mộthình trụ bằng đồng quay rất nhanh Chọn chế độ thích hợp, khi cho ống dẫndòng kim loại lỏng, hợp kim lỏng phun lên, mặt trống bị kéo theo và nguội đirất nhanh, sau đó gắn lại

1.4.5.7 Phương pháp đốt cháy

a Giới thiệu về phương pháp đốt cháy

Trong những năm gần đây, tổng hợp đốt cháy (CS-Combustionsynthesis) trở thành một trong những kỹ thuật quan trọng trong điều chế và xử

lý các vật liệu gốm mới (về cấu trúc và chức năng), composit, vật liệu nano vàchất xúc tác

Trong số các phương pháp hóa học, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra bộttinh thể nano oxit ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn và có thể đạtngay đến sản phẩm cuối cùng mà không cần phải xử lý nhiệt thêm nên hạnchế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng lượng.

Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hoá khử toả nhiệtmạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại, phản ứngtrao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất hay hỗn hợpoxi hoá khử Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy trở thành mộtphương pháp hấp dẫn cho sản xuất các vật liệu mới với chi phí thấp so với cácphương pháp truyền thống Một số ưu điểm khác của phương pháp đốt cháylà:

- Thiết bị công nghệ tương đối đơn giản

- Sản phẩm có độ tinh khiết cao

- Có thể dễ dàng điều khiển được hình dạng và kích thước của sảnphẩm

Sự thông dụng của phương pháp được phản ánh qua số lượng côngtrình về CS trên các tạp chí khoa học vật liệu Số lượng công trình và sảnphẩm tổng hợp bằng phương pháp này tăng rất nhanh trong những năm gầnđây

Phương pháp đốt cháy được biết như là quá trình tổng hợp tự lan truyềnnhiệt độ cao SHS (self propagating high-temperature synthesis process) Tùythuộc vào trạng thái của các chất phản ứng, tổng hợp đốt cháy có thể đượcchia thành: đốt cháy pha rắn (SSC- solid state combustion), đốt cháy dungdịch (SC-Solution combustion) và đốt cháy pha khí (Gas phase combustion)

Ở đây, chúng tôi trình bày phương pháp tổng hợp đốt cháy trạng thái rắn, đốtcháy dung dịch và đốt cháy gel polyme

b Đốt cháy trạng thái rắn

Trong phương pháp SSC, chất ban đầu, chất trung gian và sản phẩmđều ở pha rắn Tổng hợp đốt cháy trạng thái rắn được sử dụng để tổng hợpnhiều loại vật liệu mới Varma đã sử dụng phương pháp SSC để tổng hợp cácvật liệu AlNi (vật liệu làm tuabin trong hàng không), TiB2, SiC, TiC (dụng cụcắt), La0,8Sr0,2CrO3 (dùng trong pin nhiên liệu).

Sự đổi mới gần đây trong điều chế vật liệu liên quan đến việc thực hiệnSSC trong sự có mặt trường tĩnh điện, trường điện từ Tổng hợp đốt cháyđược kích hoạt bằng trường điện từ (FACS-Field activated combustionsynthesis) đã được sử dụng bởi Munir và cộng sự để tổng hợp vật liệu cóentanpy bé chẳng hạn như silixua của các kim loại (V, Cr, W, Nb, Ta),composit (TiB2-TiAl3) Hạn chế chính của phương pháp FACS là quá trìnhkhông được sử dụng cho phản ứng để điều chế vật liệu với độ dẫn cao(Nb5Si3) có mật độ dòng giảm khi đun nóng dẫn đến sự dập tắt sóng(extinction of wave)

c Đốt cháy dung dịch

Phương pháp đốt cháy dung dịch điều chế oxit được phát triển gần đây.Hiện nay, đốt cháy dung dịch đang được sử dụng rộng rãi để điều chế oxit ápdụng trong nhiều lĩnh vực Các tác giả đã giới thiệu một số vật liệu được điềuchế bằng phương pháp này đi từ dung dịch chứa lượng hợp thức muối nitratcác kim loại (chất oxi hóa) và nhiên liệu (bảng 1.2) Qua đó cho thấy có thểđiều chế các oxit phức hợp (spinel, perovskit) bằng phương pháp đốt cháydung dịch

Tổng hợp đốt cháy dung dịch thường sử dụng các hợp chất hữu cơ làmnhiên liệu Vai trò của nhiên liêu có hai mục đích:

- Là nguồn C và H khi cháy cho CO2, H2O và nhiệt toả ra

- Tạo phức với ion kim loại tạo môi trường dung dịch đồng nhất

Nhiệt độ tạo ra trong phản ứng oxy hóa khử biến đổi từ 1000 đến1800K

Bảng 1.1 Một số vật liệu được điều chế bằng đốt cháy dung dịch

Vật liệu Nhiên liệu Kích thước

d Phương pháp đốt cháy gel polyme

Để ngăn ngừa sự tách pha cũng như tạo độ đồng nhất cho sản phẩm,phương pháp hoá học ướt thường sử dụng các tác nhân tạo gel Một sốpolyme hữu cơ được sử dụng làm tác nhân tạo gel như polyetylen glycol,polyacrylic axit (PAA-polyacrylicacid) Phương pháp sử dụng các polymenày được gọi là phương pháp tiền chất polyme (Polymer-precursormethod) Một số polyme còn có vai trò nhiên liệu như polyvinyl alcol(PVA), PAA, gelatin nên phương pháp được gọi là phương pháp đốt cháygel polyme (Polymer gel combustion method) Trong phương pháp này,dung dịch tiền chất gồm dung dịch các muối kim loại (thường là muốinitrat) được trộn với polyme hoà tan trong nước tạo thành hỗn hợp nhớt.Làm bay hơi nước hoàn toàn hỗn hợp này thu được khối xốp nhẹ và đemnung ở khoảng 300-9000C thu được là các oxit phức hợp mịn Bảng 1.2chỉ ra một số oxit, oxit phức hợp được điều chế theo phương pháp đốtcháy gel polyme Các polyme đóng vai trò là môi trường phân tán cho các

cation trong dung dịch ngăn ngừa sự tách pha và là nhiên liệu cung cấpnhiệt cho quá trình đốt cháy gel làm giảm nhiệt độ tổng hợp mẫu.

Bảng 1.2 Một số hợp chất được điều chế theo phương pháp đốt cháy

gel Vật liệu Tác nhân

Nhiệt độ nung ( o C)

Diện tích bề mặt riêng (m 2 /g)

Kích thước hạt (nm)

PVA dễ hoà tan trong nước nhất là khi đun nóng PVA được điều chế

từ phản ứng thuỷ phân polyvinyl axetat Tính chất của PVA phụ thuộc vào độthuỷ phân, khối lượng phân tử Polyme PVA dễ dàng bị phân huỷ toả nhiệt ởnhiệt độ thấp (khoảng 5000C) để lại rất ít tạp chất chứa cacbon Ngoài ra,PVA tương đối bền, không độc, có giá thành tương đối rẻ và được xem là vậtliệu thân thiện với môi trường

1.5 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu

Mọi quá trình biến đổi hóa học hay hóa lý xảy ra luôn kèm theo hiệuứng nhiệt (H) Bằng một cặp pin nhiệt điện vi phân và điện kế thế, người ta

đo được sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai loại vật liệu được đốt nóng trong điềukiện như nhau Một trong hai loại vật liệu đó trơ về nhiệt (vật liệu thường

dùng là  - Al2O3) và vật liệu kia là mẫu thí nghiệm cần xác định Thôngthường người ta biểu diễn kết quả bằng cách ghi hiệu ứng nhiệt trên trục tung,trục hoành là nhiệt độ nung Trên giản đồ phân tích nhiệt, khi có hiệu ứng tỏanhiệt thì xuất hiện pic tỏa nhiệt với đỉnh pic hướng lên, ngược lại hiệu ứng thunhiệt cho pic hướng xuống Lúc đường biểu diễn bắt đầu lệch khỏi đườngthẳng nằm ngang được coi là lúc bắt đầu của phản ứng, các điểm dừng nhiềunhất ở phía cuối chứng tỏ sự kết thúc phản ứng Dựa vào đường cong nhiệt visai cùng với đường TGA, người ta có thể dự đoán được các phản ứng xảy ratrong pha rắn ở các nhiệt độ nung khác nhau cũng như quá trình chuyển pha.

Nhiễu xạ tia X, thường được viết tắt là XRD (X – Ray Diffraction) làmột phương pháp phổ biến và quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc vậtrắn, vì tia X có bước sóng ngắn và nhỏ hơn khoảng cách giữa các nguyên tửtrong vật rắn, giá trị bước sóng xác định được rất chính xác

Ngoài ra, phương pháp này còn được ứng dụng để xác định động họccủa quá trình chuyển pha, kích thước hạt và xác định trạng thái đơn lớp bềmặt của chất xúc tác oxit kim loại trên chất mang

1.5.2.1 Bản chất tia X

Tia X hay còn gọi là tia Rơnghen, là một loại bức xạ điện từ có nănglượng cao, chúng có năng lượng trong khoảng từ 200 ev đến 1 Mev hay bướcsóng trong khoảng từ 10-8 m đến 10-11 m

1.5.2.2 Hiện tượng nhiễu xạ tia X

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các bề mặttinh thể của vật liệu rắn do tính tuần hoàn của cấu túc tinh thể tạo nên các cựcđại và cực tiểu nhiễu xạ

Nhiễu xạ là sự thay đổi của các tia sáng hoặc các sóng do sự tương táccủa chúng với vật chất

Khi chùm tia X chiếu vào vật chất sẽ xảy ra tương tác với các điện tửtrong nguyên tử (hoặc hạt nhân nguyên tử nếu chùm tia X có năng lượng đủlớn) Khi tương tác với vật chất chùm tia X bị mất một phần năng lượng donhiễu xạ và một phần do bị hấp thụ.

1.5.2.3 Nguyên tắc của phương pháp đo nhiễu xạ tia X

Nguyên tắc của phương pháp là các bước sóng của tia X nằm trongkhoảng 1 đến 50 Å, chúng có năng lượng lớn nên có thể xuyên vào chất rắn.Khi chiếu tia X vào các mạng tinh thể, các tia X phản xạ từ 2 mặt cạnh nhautrong cùng họ mặt có hiệu quang trình:

 = BA + AC = 2BA = 2dsin

B C O

dhkl: là khoảng cách giữa hai mặt song song

: là góc giữa tia X và mặt phẳng pháp tuyến

n: là số bậc phản xạ (n = 1, 2, 3…)

Như vậy khoảng cách giữa các mạng lưới tinh thể là: 



sin 2

n