Kĩ thuật phân tích vật liệu rắn - Tia X

Phaàn 2 Một cách trực tiếp nhất để biết dạng của các vật thể là nhìn chúng. Nếu chúng quá nhỏ ta dùng kính hiển vi. Tuy nhiên với kính hiển vi thông thường có một giới hạn khi nhìn các vật nhỏ. Giới hạn đó ( “ giới hạn nhiễu xạ “ ) làm cho ta không thể thấy các vật có kích thước rất nhỏ hơn bước sóng được dùng để nhìn chúng. Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy được khoảng 1 mm trong khi khoảng cách giữa các nguyên tử trong tinh thể vào khoảng vài A. Bước sóng của tia X : ~ vài , chục A. Ta có thể dùng các loại sóng khác có bước sóng nằm trong khoảng vài A o đến vài chục A o . Từ Cơ học lượng tử : các hạt có bản chất sóng. Hạt chuyển động càng nhanh thì bước sóng càng ngắn . Hai loại hạt có thể gia tốc đến vận tốc đủ tạo ra sóng có bước sóng ngắn đó là : nơtron và electron. Không thể phân biệt được các chi tiết bé hơn bước sóng của bức xạ mà ta dùng để quan sát chúng. Khoảng cách của các nguyên tử trong tinh thể chỉ vào khoảng Å . Muốn quan sát được cấu trúc bên trong tinh thể cần dùng những bức xạ có bước sóng cỡ Å. )eV(E 28,0 )eV(E 28,0 Tia X : λ(A 0 ) = Vôùi chuøm neutron λ(A 0 ) = Vôùi chuøm electron λ(A 0 ) = )( , keVE 412 )( , eVE 280 )(eVE 12 Khối lượng nơtron = 1,675x10 -27 kg Bước sóng điển hình 1- 0,01 nm Vận tốc điển hình 400 – 40000 ms -1 Năng lượng điển hình 0,8 – 8000 meV Nhiệt độ điển hình 9 – 90000 K (nơtron nhiệt ) Nơtron Nơtron Tính chất của tia X Tia X là sóng điện từ với bước sóng λ vào khoảng vài A o (= 0,1 nm), nằm giữa bước sóng của tia γ và ánh sáng tử ngoại. m Tia X Tia X được sinh ra khi một hạt tích điện ( thường là electron ) với năng lượng đủ lớn bò hãm đột ngột. Thiết bò phát tia X gồàm có sợi đốt phát xạ electron. Các electron này được gia tốc trong điện trường cao đến đập vào bia kim loại ( đóng vai trò anôt ). Hệ phát tia X có anod cố đònh Máy có giá không cao • * Cường độ thấp • * Phổ trắng và vạch • * Bộ phận đơn sắc hóa [...]... năng Bờ M (EK-EL)-EL Thế năng EK - EL Hấp thụ tia X giải phóng e Giải phóng e thứ hai µ (cm 2 / g ) ρ Sự hấp thụ tia X Sự gián đoạn đột ngột được gọi là bờ hấp thụ Ở hai bên bờ hấp thụ, đường cong tuân theo phương trình dạng : Phương trình này cho thấy bức x với bước sóng ngắn có độ xuyên sâu lớn và được gọi là tia X cứng Các tia có bước sóng dài được gọi là tia mềm Sự hấp thụ của tia X khá mạnh :...Phổ tia X Cường độ tia X ( đvò tương đối) ng tia X hoạt động với thế hiệu điển hình 30 kV có thể gia tốc electron đến vận tốc chừng 1/ 3 vận tốc ánh sáng Phổ tia X có dạng phổ liên tục trên đó có 1 số đỉnh khi electron được gia tốc đủ lớn: Bức x Đặc trưng Bức x liên tục Bước sóng (A) Sự phụ thuộc của phổ tia X của Mo vào thế hiệu Các phổ ứng với thế hiệu đến 20 kV chỉ chứa bức x liên tục hay trắng... và Mα1 (theo Goldstein et al 1981) Sự hấp thụ tia X Cường độ I của chùm tia X giảm theo hàm mũ e khi nó đi quãng đường x xuyên qua vật chất: I0 là cường độ ban đầu của chùm tia X Năng lượng photon (erg) µ là hệ số hấp thụ dài, tỷ lệ với khối lượng riêng ρ của vật liệu , phụ thuộc mạnh vào bước sóng Sự phụ thuộc vào bước sóng của năng lượng photon tia X và của hệ số hấp thụ khối của Ni Nang lượng tới... về phía bước sóng λ dài Phổ này phản ánh sự bức x từ các electron bò chậm dần khi chúng đập vào bia Một hạt mang điện chuyển động có gia tốc phát ra sóng điện từ Khi sự gia tốc đủ lớn, bức x phát ra có bước sóng ngắn nằm trong vùng tia X Cường độ tia X ( đvò tương đối) Phổ tia X liên tục Bức x Đặc trưng Bức x liên tục λmin Bước sóng (A) Phổ tia X liên tục Một số electron bò hãm khá đột ngột (... gần ½ cường độ tới bò hấp thụ khi xuyên qua lớp dày 25 mm tính từ mặt ngoài của một kim loại như Cu Sự hấp thụ tia X Khi tia X được dùng để phân tích cấu trúc của tinh thể thuận lợi hơn là dùng bức x gần đơn sắc, đặc biệt chỉ dùng vạch Kα Dạng của đường hấp thụ trên hình sau cho phép loại trừ bước sóng không mong muốn µ (cm 2 / g ) ρ Sự hấp thụ tia X Có thể chọn vật liệu có bờ hấp thụ nằm giữa các... tia X tới có λKα < λKβ của chất được chiếu x sẽ có hiện tượng huỳnh quang Ví dụ : nếu dọi bức x CuKα (λ = 1,5418 Ao ) vào Ni ( có λKβ = 1,497 Ao ) thì Ni không bức x huỳnh quang nhưng nếu dọi vào Co ( có λKβ = 1,6207 Ao ) thì sẽ có bức x huỳnh quang cộng hưởng ký sinh Fe, Mn, Cr, V cũng bức x huỳnh quang khi dọi bức x CuKα  Khi có huỳnh quang sẽ xuất hiện phông mạnh nên để nghiên cứu vật liệu. .. tia X của Cu Hệ số hấp thụ khối Cụ thể : Nếu tỷ số ban đầu Kβ / Kα ~1/ 9 , có thể giảm tỷ số đó xuống ~1/ 500 trong khi chỉ làm giảm ½ cường độ của vạch Kα Phổ bức x của Cu ( a ) và (b ) phổ sau khi đi qua tấm lọc Ni Đường chấm chấm là hệ số hấp thụ khối của Ni (a) Không lọc (b) lọc Ni Tác dụng ion hóa và huỳnh quang của tia X • Tia X ion hóa các chất khí và làm huỳnh quang nhiều chất  Khi chùm tia. .. liên tục Cường độ của bức x trắng, Iwh , phụ thuộc vào thế hiệu V, dòng i chạy qua ống tia X và nguyên tử số Z của bia : nh hưởng của dòng i (mA), thế gia tốc V (keV) và nguyên tử số Z của bia lên phổ liên tục Cường độ tương đối A là một hằng số và m ~ 2 Bước sóng (λ) Cường độ tia X ( đvò tương đối) Phổ đặc trưng Bức x Đặc trưng Bức x liên tục Các đỉnh trên phổ tia X được gọi là các vạch đặc trưng... vạch có bước sóng x c đònh Dãy K có bước sóng ngắn nhất còn dãy N có bước sóng dài nhất Ví dụ, với tungsten (W) có các dãy : K với bước sóng 0,178 - 0,213 A0 L với bước sóng 1,025 - 1,675 A0 M với bước sóng 6,066 - 6,973 A0 Phổ đặc trưng • Mỗi dãy xuất hiện chỉ khi thế hiệu gia tốc vượt qua một giá trò tới hạn Ukt nào đó, được gọi là thế hiệu kích thích :  Tất cả các vạch của dãy K xuất hiện đồng thời... tố Al Z UK (kV) Cr Fe Cu Mo W U 13 24 26 29 42 74 92 1.55 5,98 7,10 8,86 20,0 69,3 115 Phổ đặc trưng Phổ bức x đặc trưng của các nguyên tố khác nhau giống nhau về cấu trúc • Để phân tích cấu trúc bằng tia X, người ta thường dùng dãy Kù có 4 vạch α1, α2, β1 và β2 Bước sóng của các vạch này sắp x p theo thứ tự λα2 > λα1 > λβ1 > λβ2 Tỷ số cường độ của các vạch đó cho tất cả các nguyên tố gần như nhau và . chất của tia X Tia X là sóng điện từ với bước sóng λ vào khoảng vài A o (= 0,1 nm), nằm giữa bước sóng của tia γ và ánh sáng tử ngoại. m Tia X Tia X được sinh ra khi một hạt tích điện. phổ tia X của Mo vào thế hiệu. Phổ tia X Bước sóng (A) Cường độ tia X ( đvò tương đối) Bức x liên tục Bức x Đặc trưng Các phổ ứng với thế hiệu đến 20 kV chỉ chứa bức x liên tục hay trắng bức x phát ra có bước sóng ngắn nằm trong vùng tia X. Phổ tia X liên tục Bước sóng (A) Cường độ tia X ( đvò tương đối) Bức x liên tục Bức x Đặc trưng λ min Một số electron bò hãm khá đột