Phương pháp đơn tinh thể quay

Phương pháp đơn tinh thể quay

Phương pháp đơn tinh thể quay ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU ….o0o… Đề tài PHƯƠNG PHÁP ĐƠN TINH THỂ QUAY (The Rotating-Crystal Method) GVHD: Đinh Thị Mộng Cầm Sinh viên: Trần Ngọc Ánh 1019215 Huỳnh Đăng Khoa 1019248 Trương Minh Hiếu Lâm Văn Kỵ 1019237 1019251 2013 Phương pháp đơn tinh thể quay MỤC LỤC A GIỚI THIỆU TIA X: 1.2 Cách tạo tia X: 2.2 Định luật Vulf – Bragg: 2.3 Cường độ nhiễu xạ : 11 2.3.1 Nhiễu xạ điện tử tự do: 11 2.3.2 Nhiễu xạ nguyên tử: .11 2.3.4 Nhiễu xạ ô mạng bản: 12 2.4 Các phương pháp phân tích đơn tinh thể tia X : .12 B PHƯƠNG PHÁP ĐƠN TINH THỂ QUAY: .13 III Tinh thể: 13 IV.Mạng đảo: .16 4.1 Khái niệm mạng đảo : 16 4.2 Các tính chất mạng đảo: 17 4.3 Ý nghĩa vật lý mạng đảo: 17 V Hình cầu Ewarld: 17 V Phương pháp tinh thể quay: 18 5.1 Qui trình .18 5.2 Cấu tạo: 19 5.2.1 Ống pháp tia X: .19 5.1.2 Buồng nhiễu xạ: 20 5.2.3 Phim chứa ảnh nhiễu xạ: 21 5.3 Phân tích ảnh nhiễu xạ: .21 5.4 kết quả: 23 5.5 Hạn chế: .23 5.6 Kết luận: .23 5.7 Ưu nhược điểm đơn tinh thể quay: .23 Phương pháp đơn tinh thể quay Máy nhiễu xạ tia x d8: 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO: .25 L ỜI NÓI ĐẦU Dùng tia X để nghiên cứu cấu trúc vật liệu có cách trăm năm, tia X công cụ để nghiên cứu cấu trúc vật liệu Hầu hết phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu sử dụng tia X Chúng ta sử dụng tia X có bước sóng đủ nhỏ để thỏa mãn định luật Bragg chiếu vào tinh thể, gây tượng nhiễu xạ, cho ảnh phim Nghiên cứu cấu trúc vật liệu tia X gồm nhiều phương pháp như: phương pháp bột, phương pháp Laue, phương pháp đơn tinh thể quay Phương pháp nghiên cứu đơn tinh thể quay phương pháp lâu đời nhất, sử dụng nhiều Trong tập tài liệu nầy, tìm hiểu phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu – phương pháp đơn tinh thể quay Lịch sử đời phương pháp đơn tinh thể quay, sở lý thuyết, cách tiến hành nghiên cứu kết thể tập tài liều nầy Bạn đọc số khái niệm nhiễu xạ tia X, định luật Vulf-Bragg, mạng đảo, hình cầu Edwarld Chúng nhắc lại cách tóm tắt ngắn gọn Tập tài liệu chắt lọc chỉnh sửa, không tránh khỏi thiếu sót Mong thầy cô bạn đọc cho ý kiến để kịp thời sửa chữa lần sau Chúng xin chân thành cám ơn Phương pháp đơn tinh thể quay A GIỚI THIỆU TIA X: I Tia x: -Tia X hay X quang hay tia Röntgen dạng sóng điện từ, có bước sóng khoảng từ 0,01 đến nm tương ứng với dãy tần số từ 30 PHz đến 30 EHz lượng từ 120 eV đến 120 keV Bước sóng ngắn tia tử ngoại dài tia Gamma wihelm Conrad roentgen (1845-1923) - Những tia X có bước sóng từ 0,01 nm đến 0,1 nm có tính đâm xuyên mạnh nên gọi tia X cứng - Những tia X có bước sóng từ 0,1 nm đến khoảng nm có tính đâm xuyên yếu gọi tia X mềm I.1 Các tính chất tia X: Phương pháp đơn tinh thể quay - Khả xuyên thấu lớn - Gây tượng phát quang số chất - Làm đen phim ảnh, kính ảnh - Ion hóa chất khí - Tác dụng mạnh lên thể sống, gây hại cho sức khỏe 1.2 Cách tạo tia X: Tia X phát electron hạt mang điện khác bị hãm vật chắn xuất trình tương tác xạ γ với vật chất Thông thường để tạo tia X người ta sử dụng electron để gia tốc electron đòi hỏi điện nhỏ so với trường hợp dùng hạt mang điện khác Tia X tạo ống phát Röntgen thường làm thuỷ tinh hay thạch anh có độ chân không cao, có hai điện cực catốt vofram hay bạch kim phát electron anốt dạng đĩa nghiêng 450 so với tia tới (H1) Hình vẽ mặt cắt cấu tạo ống phát tia X (H.1) Các electron tạo nung nóng catot Giữa catot anot có điện áp cao nên electron tăng tốc với tốc độ lớn tới đập vào anot Nếu Phương pháp đơn tinh thể quay electron tới có lượng đủ lớn làm bứt electron lớp bên nguyên tử anot nguyên tử trạng thái kích thích với lỗ trống lớp electron Khi lỗ trống lấp đầy electron lớp bên photon tia X với lượng hiệu mức lượng electron phát Nếu toàn lượng electron chuyển thành lượng photon tia X lượng photon tia X liên hệ với điện kích thích U theo hệ thức: E= hc hc = eU ⇒ λ = λ eU Khi photon tia X có lượng lớn hay bước sóng ngắn Thực tế, khoảng 1% lượng tia electron chuyển thành tia X, phần lớn bị tiêu tán dạng nhiệt làm anot nóng lên người ta phải làm nguội anot nước 2π me eo F2 ∆E = hf = ( ) h n1 − n22 Trong đó, me: khối lượng tĩnh electron e0: điện tích electron F: điện tích hạt nhân hiệu dụng tác dụng lên electron F = Z – σ, σ hệ số chắn n1, n2: số lượng tử (n1 < n2) Chú ý : 1 f ) = với c vận tốc ánh sáng ,ta có : = R ( Z − σ ) ( λ n1 − n22 c λ R: số Rydberg (109737) Phương pháp đơn tinh thể quay Z: điện tích hạt nhân kim loại dùng làm đối catot II Nhiễu xạ tia X: 2.1 Hiện tượng 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 electron, khác tính chất phổ nhiễu xạ khác tương tác tia X với nguyên tử tương tác electron nguyên tử Nhiễu xạ đặc tính chung sóng bị thay đổi tương tác với vật chất giao thoa tăng cường nhiều sóng tán xạ Quá trình hấp thụ tái phát xạ electron gọi tán xạ Mỗi photon có lượng E tỷ lệ với tần số f nó: E = hf Mặt khác tần số f liên quan tới bước sóng λ theo công thức sau: λ = hc h E số Planck (h = 6,626.10–34 J.s), c vận tốc ánh sáng (c = 3.10–8 m/s), theo tính toán bước sóng tia X khoảng 0,2 nm (2Å) Để mô tả tượng nhiễu xạ người ta đưa ba thuật ngữ sau: - Tán xạ (Scattering): trình hấp thu tái xạ thứ cấp theo hướng khác - Giao thoa (Interference): chồng chất hai nhiều sóng tán xạ tạo thành sóng tổng hợp - Nhiễu xạ (Diffraction): giao thoa tăng cường nhiều sóng tán xạ Phương pháp đơn tinh thể quay Chiếu lên tinh thể chùm tia Rơnghen, nút mạng trở thành tâm nhiễu xạ mạng tinh thể đóng vai trò cách tử nhiễu xạ Nếu tia X chiếu vào nguyên tử làm electron dao động xung quanh vtcb chúng, electron bị hãm phát xạ tia X Quá trình hấp thụ tái phát xạ electron gọi tán xạ, hay nói cách khác photon tia X bị hấp thụ nguyên tử photon khác có lượng tạo Khi thay đổi lượng photon tới photon phát xạ tán xạ đàn hồi, ngược lại lượng photon tán xạ không đàn hồi Khi hai sóng rọi vào nguyên tử (có nhiều electron) mà chúng bị tán xạ electron theo hướng tới Hai sóng phản xạ theo hướng tới pha mặt phẳng tới chúng có quãng đường trước sau tán xạ Nếu cộng hai sóng sóng có bước sóng có biên độ gấp đôi Các sóng tán xạ theo hướng khác không pha mặt sóng hiệu quang trình không số nguyên lần bước sóng Nếu ta cộng hai sóng biên độ nhỏ biên độ sóng tán xạ theo hướng tới Như vậy, sóng tán xạ từ nguyên tử giao thoa với nhau, sóng pha xuất giao thoa tăng cường, lệch pha 1800 giao thoa triệt tiêu 2.2 Định luật Vulf – Bragg: Khi chiếu tia X vào vật rắn tinh thể xuất tia nhiễu xạ với cường độ hướng khác Các hướng bị khống chế bước sóng xạ tới chất mẫu tinh thể Định luật Vulf – Bragg đưa Phương pháp đơn tinh thể quay năm 1913 thể mối quan hệ bước sóng tia X khoảng cách mặt phẳng nguyên tử Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, nguyên tử hay ion phân bố cách trật tự đặn không gian theo quy luật xác định Khoảng cách nguyên tử (ion) khoảng vài Å Khi chùm tia X đập vào tinh thể xuất tia nhiễu xạ với cường độ hướng khác  Định luật Bragg giả thiết mặt phẳng nguyên tử phản xạ sóng tới độc lập phản xạ gương  Giả sử có hai mặt phẳng song song AA’ BB’ , có số Miller h, k, l cách khoảng cách mặt phẳng nguyên tử dhkl Giả thiết tia tới tia đơn sắc song song pha với bước sóng λ chiếu vào hai mặt phẳng với góc θ Hai tia bị tán xạ nguyên tử Q P cho hai tia phản xạ 1’ 2’ với góc θ so với mặt phẳng A, B Điều kiện để nhiễu xạ hiệu quang lộ: δ = (2Q2’) – (1P1’) = nλ Suy ra: δ = SQ + QT = 2dhklsinθ = nλ với n số nguyên (n = 1, 2, 3,…) Phương pháp đơn tinh thể quay Phương trình Vulf – Bragg: nλ = 2d hkl sin θ (n gọi bật phản xạ ) Phương trình biểu thị mối quan hệ góc tia nhiễu xạ θ bước sóng tia tới λ, khoảng cách mặt phẳng nguyên tử d Nếu định luật Bragg không thỏa mãn không xảy tượng giao thoa Khi n > phản xạ coi phản xạ bậc cao phương trình Bragg d n viết sau : λ = 2( ) sin θ thông số d/n khoảng cách mặt phẳng (hkl) nh,nk ,nl khoảng cách Miller có khoảng cách 1/n cách khoảng mặt h,k,l Định luật Bragg điều kiện cần chưa đủ cho nhiễu xạ tia X, nhiễu xạ chắn xảy với ô đơn vị có nguyên tử ô góc mạng Còn nguyên tử không góc ô mạng mà vị trí khác, chúng hoạt động tâm tán xạ phụ lệch pha với góc Bragg đó, kết số tia nhiễu xạ theo phương trình phải có mặt Nhiễu xạ tia từ mặt họ mạng tinh thể Họ mặt có số Miller nhỏ có khoảng cách hai mặt kế lớn có mật độ nút mạng lớn 10 Phương pháp đơn tinh thể quay 2.3 Cường độ nhiễu xạ : Có thể tính toán cường độ nhiễu xạ cách cộng sóng hình sin với pha biên độ khác Hướng tia nhiễu xạ không bị ảnh hưởngbởi loại nguyên tử vị trí riêng biệt hai ô mạng đơn vị có kích thước với xếp nguyên tử khác nhiễu xạ tia X hướng Tuy nhiên cường độ tia nhiễu xạ khác Để xác định cường độ nhiễu xạ thường tiến hành theo bước sau: - Nhiễu xạ tia X điện tử tự - Nhiễu xạ tia X nguyên tử - Nhiễu xạ ô mạng 2.3.1 Nhiễu xạ điện tử tự do: Thomson chứng minh công thức xác định cường độ nhiễu xạ tia X điện tử có điện tích e khối lượng me khoảng cách r – khoảng cách tán xạ điện tử đến đầu dò detector là: I = I0 e4 sin (2θ ) 2 r me c Trong I0 cường độ tia X tới; c tốc độ ánh sáng; 2θ hướng tán xạ Biểu thức cho thấy lượng tán xạ từ điện tử đơn nhỏ 2.3.2 Nhiễu xạ nguyên tử: Nguyên tử có nhiều đám mây điện tử quay xung quanh hạt nhân Tia tới bị tán xạ điện tử hạt nhân Nhưng hạt nhân nguyên tử lớn bỏ qua tán xạ hạt nhân, tán xạ toàn phần chủ yếu điện tử riêng biệt 11 Phương pháp đơn tinh thể quay Các điện tử quay quanh hạt nhân vị trí khác sinh sóng tán xạ với pha khác giao thoa với Đại lượng thừa số tán xạ nguyên tử f mô tả hiệu suất tán xạ hướng riêng biệt xác định tỷ số sau: f =(biên độ sóng tán xạ nguyên tử)/(biên độ sóng tán xạ nguyên tử) Giá trị f số điện tử nguyên tử θ = 0, hay f = Z nguyên tử số, song giá trị giảm θ tăng hay λ giảm 2.3.4 Nhiễu xạ ô mạng bản: Bây ta xem xét ảnh hưởng vị trí nguyên tử ô đến biên độ sóng tán xạ Vì ô phần tử nhỏ lặp lại tuần hoàn tạo thành tinh thể nên bước cuối trình tự xác định cường độ tia nhiễu xạ Phương pháp tính toán tương tự tán xạ điện tử vị trí khác nguyên tử song có khác pha nguyên tử vị trí khác ô Cường độ nhiễu xạ cho công thức: I = F p (1 + cos2θ ) / (sin θ cosθ )  e −2 µ Trong đó, p thừa số lặp, e–2µ thừa số nhiệt, với (1 + cos2θ ) / (sin θ cosθ ) thừa số Lorentz 2.4 Các phương pháp phân tích đơn tinh thể tia X : Hai phương pháp để thực nhiễu xạ đơn tinh thể phương pháp ảnh Laue phương pháp xoay đơn tinh thể Để thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg nλ = 2d hkl sin θ ,trong phương pháp xoay đơn tinh thể chùm tia X đơn sắc ( λ không đổi ) chiếu lên đơn tinh thể quay ( θ thay đổi )quanh phương tinh thể 12 Phương pháp đơn tinh thể quay ,trong phương pháp ảnh Laue chùm xạ với phổ liên tục ( λ thay đổi) rọi lên đơn tinh thể đứng yên ( θ không đổi) Phương pháp Laue Phương pháp đơn tinh thể quay B PHƯƠNG PHÁP ĐƠN TINH THỂ QUAY: III Tinh thể: Cấu tạo : Trong khoáng vật học tinh thể học ,một cấu trúc tinh thể xếp đặc biệt nguyên tử tinh thể Một cấu trúc tinh thể gồm có ô đơn vị nhiều nguyên tử xếp theo cách đặc biệt ,vị trí chúng lặp lại cách tuần hoàn không gian ba chiều theo mạng Bravais.Kích thước ô đơn vị theo chiều khác gọi thông số mạng hay số mạng.Tùy thuộc vào tính chất đối xứng ô đơn vị mà tinh thể thuộc vào nhóm không gian khác Cấu trúc đối xứng tinh thể có vai trò quan trọng với tính chất liên kết ,tính chất điện,tính chất , tinh thể 13 Phương pháp đơn tinh thể quay Cấu trúc tinh thể = mạng tinh thể + ô sở 3.1 Ô đơn vị : Ô đơn vị cách xếp nguyên tử không gian ba chiều, ta lặp lại chiếm đầy không gian tạo nên tinh thể Vị trí nguyên tử ô đơn vị mô tả hệ đơn vị hay gọi hệ sở bao gồm ba thông số tương ứng với ba chiều không gian (xi, yi, zi) Đối với cấu trúc tinh thể, tồn ô đơn vị quy ước, thường chọn để mạng tinh thể có tính đối xứng cao Tuy vậy, ô đơn vị quy ước luôn lựa chọn nhỏ Ô nguyên tố lựa chọn nhỏ mà từ ta tạo nên tinh thể cách lặp lại ô nguyên tố Ô Wigner Seitz loại ô nguyên tố mà có tính đối xứng giống mạng tinh thể Ô Wigner-Seitz mạng lập phương tâm mặt Ô Wigner-Seitz mạng lập phương tâm khối 3.2 Hệ tinh thể : 14 Phương pháp đơn tinh thể quay Hệ tinh thể nhóm điểm mạng tinh thể (tập hợp phép đối xứng quay đối xứng phản xạ mà điểm mạng tinh thể không biến đối) Hệ tinh thể nguyên tử ô đơn vị Nó biểu diễn hình học mà Có tất bảy hệ tinh thể Hệ tinh thể đơn giản đối xứng cao hệ lập phương, hệ tinh thể khác có tính đối xứng thấp là: hệ sáu phương, hệ bốn phương, hệ ba phương (còn gọi hình mặt thoi), hệ thoi, hệ nghiêng, hệ ba nghiêng Một số nhà tinh thể học coi hệ tinh thể ba phương phần hệ tinh thể sáu phương 3.3 Phân loại mạng tinh thể : Mạng Bravais tập hợp điểm tạo thành từ điểm theo bước rời rác xác định véc tơ sở Trong không gian ba chiều có tồn 14 mạng Bravais (phân biệt với nhóm không gian) Tất vật liệu có cấu trúc tinh thể thuộc vào mạng Bravais (không tính đến giả tinh thể) Cấu trúc tinh thể mạng tinh thể với ô đơn vị nguyên tử có mặt nút mạng ô đơn vị nói 3.4 Chỉ số Miller mặt tinh thể : Chỉ số Miller mặt phẳng tinh thể xác định nghịch đảo giao điểm phân số mặt tinh thể cắt trục tinh thể x,y z ba cạnh không song song ô Chỉ số Miller xác định sau:  Chọn mặt phẳng không qua gốc tọa độ (0,0,0)  Xác định tọa độ giao điểm mặt phẳng với trục x, y z ô đơn vị.Tọa độ giao điểm phân số  Lấy nghịch đảo tọa độ giao điểm 15 Phương pháp đơn tinh thể quay  Quy đồng phân số xác định tập nguyên nhỏ tử số Các số số Miller, kí hiệu h, k l Một số (hkl) biểu diễn mặt phẳng mà biểu diễn họ mặt phẳng song song Trong cấu trúc tinh thể khoảng cách mặt phẳng song song gần có số Miller kí hiệu dhkl h, k, l số Miller mặt Từ hình học ta thấy khoảng cách dhkl mặt h2 + k + l = lân cận song song tinh thể lập phương là: với a độ dài d hkl a2 vecto sở mạng lập phương (hay gọi số mạng) Các mặt phẳng (hkl) (nh nk nl) , n số nguyên, song song nhau, khoảng cách mặt phẳng mặt phẳng (nh nk nl) 1/n khoảng cách mặt phẳng (hkl) IV.Mạng đảo: 4.1 Khái niệm mạng đảo : Mạng đảo khái niệm quan trọng Gibbs (Josiah Willard Gibbs, 1839-1903) đề xuất Sự xuất mạng đảo hệ tất yếu tính tuần hoàn tịnh tiến mạng thuận Mặt phẳng không gian biểu diễn nút mạng uur uur uur không gian đảo.Ô mạng đảo xác định vecto a* , b* , c* thỏa mãn hệ thức sau: rrr a* a = b* b = c* c = uur r uur r uur r a, b, c ,là ,trong a* b = b* c = c* a = vecto đơn vị tinh thể 16 Phương pháp đơn tinh thể quay 4.2 Các tính chất mạng đảo:  Mạng đảo mạng Bravais  Mạng đảo mạng đảo mạng Bravais mạng bravais cho  Mỗi vectơ mạng đảo trực giao với họ mặt phẳng  mạng thuận Khoảng cách mặt phẳng thuộc họ (hkl) mạng thuận xác 2π định theo công thức d hkl = b thể tích υ ô sở mạng thuận thể hkl tích Ω ô sở mạng đảo liên hệ với theo công thức Ω = ( 2π ) υ 4.3 Ý nghĩa vật lý mạng đảo:  Mạng đảo khung không gian chuyển động  Mạng đảo thể tính chất: tinh thể tuần hoàn dẫn đến chuyển động  tuần hoàn Ý nghĩa thực tế: Khi nghiên cứu cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X tranh thu ảnh chùm tia bị tinh thể nhiễu xạ Bức tranh ảnh mạng đảo tinh thể từ ta phải suy mạng thuận V Hình cầu Ewarld: Hình cầu Ewald xây dựng giúp ta hình dung cách đơn giản hướng cho phép nhiễu xạ tia X Cách xác định hình cầu Ewarld: − r Từ gốc O không gian mạng đảo, vẽ vector sóng tới k theo hướng tới r tia X Điểm cuối k nút mạng đảo ur r − Vẽ vector sóng nhiễu xạ k ′ tạo với k góc θ có r k độ lớn 17 Phương pháp đơn tinh thể quay − ur r ur Từ định luật Bragg không gian đảo k ′ − k = G ta xác định điểm ur ur cuối vector k ′ phải nút mạng đảo Suy vector k ′ vector xuất phát từ O tới điểm nằm đường tròn tâm O bán kính r R= k V Phương pháp tinh thể quay: Trong phương pháp tinh thể quay, bước sóng tia tới giữ nguyên, tinh thể xoay nên nút mạng đảo xoay Điều cho phép nhiều nút mạng đáp ứng điều kiện Bragg Tập hợp vector sóng nhiễu xạ có dạng hình nón chồng lên nha (hình a) chiếu lên mặt phẳng giấy có dạng hình b 5.1 Qui trình  Giữ nguyên bước sóng thay đổi góc tới  Phim đặt vào mặt buồng hình trụ cố định  Mẫu đơn tinh thể gắn quay đồng trục với buồng  Chùm tia x đơn sắc (với bước sóng số) chiếu liên tục lên đơn tinh thể 18 Phương pháp đơn tinh thể quay 5.2 Cấu tạo: 5.2.1 Ống pháp tia X: Ống phát tia X hay ống Röntgen thường làm thủy tinh hay thạch anh bên chân không cao Hai điện cực cathode làm vonfram hay bạch kim đốt nóng phát điện tử điện trường cao gia tốc đập vào anode nằm phía đối diện có dạng hình dĩa đặt góc nghiêng 45 so với điện tử tới Vật liệu làm anode định bước sóng tia X đặc trưng phát 19 Phương pháp đơn tinh thể quay Mô hình ống phát tia X Ảnh chụp Ống phát tia X 5.1.2 Buồng nhiễu xạ: Buồng nhiễu xạ hình trụ Tia X vào qua trung tâm buồng tia ló đưa phía đối diện Phim gắn phía mặt trụ đồng trục với buồng để ghi lại tia 20 Phương pháp đơn tinh thể quay nhiễu xạ giao thoa Tinh thể gắn trục quay đồng trục với buồng phim Vị trí cố định tinh thể quan trọng định tính xác phương pháp đo Buồng phát tia X Trục quay 5.2.3 Phim chứa ảnh nhiễu xạ: Phim đặt vào mặt buồng hình trụ cố định 5.3 Phân tích ảnh nhiễu xạ:  Khi tinh thể quay vòng phía bên phải, phía bên trái phía bên phải phía bên trái họ mặt mạng tinh thể nhiễu xạ Bốn hướng nhiễu xạ dựa khoảng cách d họ mặt mạng xảy theo phương đối xứng Do đó, ảnh đơn tinh thể quay có hai mặt đối xứng đường xích đạo đường vuông góc với xích đạo phim  Tất mặt nguyên tử song song với trục quay tạo nên vết nhiễu xạ mặt phẳng xích đạo Sau phát triển phim chụp ảnh, thấy điểm nhiễu xạ liên kết đường song song, mà không thiết phải cách 21 Phương pháp đơn tinh thể quay  Các điểm mặt xích đạo vết nhiễu xạ mặt ( hk ) Tương tự, hàng điểm nhiễu xạ phía đường xích đạo mặt ( hk1) , hàng điểm nhiễu xạ phía đường xích đạo mặt ( hk1) Tuy nhiên, để biết loại mạng tinh thể, sử dụng quy luật xuất tia giao thoa, thông qua kí hiệu chúng Mỗi tia giao thoa có kí hiệu ứng với mặt mạng liên quan, có cường độ Đây số liệu thiếu muốn sâu vào cấu trúc tinh thể Các tia phản xạ phân bố ảnh dạng nốt dày đặc hàng loạt đường lớp Sơ đồ chụp với độ phân giải thấp không cho phép khai thác thông tin chuẩn xác tia Phương pháp Weissenberg giúp tăng độ phân giải phương pháp Theo sơ đồ buồng chụp, phương pháp cho phép phim hình ống (với trục trùng với trục xoay tinh thể) dao động thẳng dọc trục đồng với chu kì xoay mẫu Nhờ vậy, nốt nhiễu xạ phân bố rải rác khắp mặt phim, dọc đường hình sin thay cho đường lớp song song Có thể đánh giá cường độ tia giao thoa thông qua việc so sánh độ đậm tương đối nốt phim Cách làm dày công, mà không cho kết tin cậy 22 Phương pháp đơn tinh thể quay 5.4 kết quả:  Chùm tia X đơn sắc tới bị nhiễu xạ họ mặt nguyên tử tinh thể với khoảng cách mặt d trình quay xuất giá trị thỏa mãn điều kiện Bragg  Tất mặt nguyên tử song song với trục quay tạo nên vết nhiễu xạ mặt phẳng nằm ngang 5.5 Hạn chế: Trên ảnh chụp xuất vết nhỏ điểm nhiễu xạ: chúng bóng mờ khuyết tật tinh thể Do yêu cầu nhiễu xạ đơn tinh thể nhỏ để giới hạn số lượng khuyết tật Các phim chụp ảnh bị biến dạng, thiếu xác việc xử lý trục quay tinh thể không hoàn toàn song song với mục tiêu 5.6 Kết luận: Thường không quay tinh thể 3600 mà dao động giới hạn góc đó, nhờ mà số vết nhiễu xạ chập vào giảm nhiều 5.7 Ưu nhược điểm đơn tinh thể quay:  Ưu điểm: - Chính xác - Có thể tiến hành đo môi trường bình thường - Nghiên cứu cấu trúc bên vật liệu mà không cần  phá hủy Nhược điểm:- Khó tìm tinh thể hoàn hảo - Không hiệu mạng tinh thể đối xứng thấp vật liệu vô định hình - Tia X có hại cho sức khỏe nên cần cẩn thận thao tác VI Trang thiết bị: 23 Phương pháp đơn tinh thể quay Các ống phát tia X Máy nhiễu xạ tia x d8: Mô tả thiết bị: Hệ máy nhiễu xạ tia X hãng Bruker chế tạo loại thiết bị có độ nhạy cao, điều khiển hoàn toàn tự động máy tính PC với hệ điều hành Win XP giúp người vận hành dễ dàng sử dụng với giao diện thân thiện Với đầy đủ phụ kiện chế độ đo đa dạng cho phép cố thể xác định cấu trúc nhiều loại vật liệu khác định tính định lượng Các thông số kỹ thuật chủ yếu: − Độ phân giải: 0,0001o − Tốc độ quét: 0,00010/s đến 1,270/s − Bước quét nhỏ nhất: 0,00010 24 Phương pháp đơn tinh thể quay − Dải góc quét 2θ: tối thiểu -1100 đến 1680 (độ tuỳ thuộc vào phụ kiện) − Ngôn ngữ hiển thị: Tiếng Anh Các thông số mẫu mà thiết bị đo được: − − − − − Cấu trúc tinh thể mẫu Độ đơn pha mẫu Khoảng cách mặt tinh thể mẫu Định hướng pha có mẫu Kích thước hạt tinh thể Điều kiện làm việc: − − − − Nhiệt độ phòng: 15-300 C Độ ẩm: thấp 70% Nguồn điện: 220-250V, 50Hz, 5,5-6,0 kVA Hệ thống làm mát: Nhiệt độ 2-200 C TÀI LIỆU THAM KHẢO: (1) Lê Khắc Bình, Nguyễn Nhật Khanh - Cơ sở vật lý chất rắn – nxb ĐH Quốc gia TpHCM (2) Đào Trần Cao –cơ sở vật lý chất rắn –nxb ĐH Quốc gia Hà Nội (3) Mạng tinh thể – Wikipedia (4) 25 [...]... Các phương pháp phân tích đơn tinh thể bằng tia X : Hai phương pháp chính để thực hiện nhiễu xạ đơn tinh thể là phương pháp ảnh Laue và phương pháp xoay đơn tinh thể Để thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg nλ = 2d hkl sin θ ,trong phương pháp xoay đơn tinh thể chùm tia X đơn sắc ( λ không đổi ) được chiếu lên đơn tinh thể quay ( θ thay đổi )quanh một phương tinh thể nào 12 Phương pháp đơn tinh thể quay. .. quay đó ,trong phương pháp ảnh Laue chùm bức xạ với phổ liên tục ( λ thay đổi) được rọi lên đơn tinh thể đứng yên ( θ không đổi) Phương pháp Laue Phương pháp đơn tinh thể quay B PHƯƠNG PHÁP ĐƠN TINH THỂ QUAY: III Tinh thể: 3 Cấu tạo : Trong khoáng vật học và tinh thể học ,một cấu trúc tinh thể là một sự sắp xếp đặc biệt của các nguyên tử trong tinh thể Một cấu trúc tinh thể gồm có một ô đơn vị và rất... thể : 14 Phương pháp đơn tinh thể quay Hệ tinh thể là một nhóm điểm của các mạng tinh thể (tập hợp các phép đối xứng quay và đối xứng phản xạ mà một điểm của mạng tinh thể không biến đối) Hệ tinh thể không có các nguyên tử trong các ô đơn vị Nó chỉ là những biểu diễn hình học mà thôi Có tất cả bảy hệ tinh thể Hệ tinh thể đơn giản nhất và đối xứng cao nhất là hệ lập phương, các hệ tinh thể khác có tính... ô đơn vị theo các chiều khác nhau được gọi là thông số mạng hay hằng số mạng.Tùy thuộc vào tính chất đối xứng của ô đơn vị mà tinh thể đó thuộc vào một trong các nhóm không gian khác nhau Cấu trúc và đối xứng của tinh thể có vai trò rất quan trọng với các tính chất liên kết ,tính chất điện,tính chất , của tinh thể 13 Phương pháp đơn tinh thể quay Cấu trúc tinh thể = mạng tinh thể + ô cơ sở 3.1 Ô đơn. .. có cấu trúc tinh thể đều thuộc vào một trong các mạng Bravais này (không tính đến các giả tinh thể) Cấu trúc tinh thể là một trong các mạng tinh thể với một ô đơn vị và các nguyên tử có mặt tại các nút mạng của các ô đơn vị nói trên 3.4 Chỉ số Miller của mặt tinh thể : Chỉ số Miller của mặt phẳng tinh thể được xác định là nghịch đảo giao điểm phân số của mặt tinh thể cắt trên trục tinh thể x,y và z... lớn bằng 17 Phương pháp đơn tinh thể quay − ur r ur Từ định luật Bragg trong không gian đảo k ′ − k = G ta xác định được điểm ur ur cuối của vector k ′ phải là một nút của mạng đảo Suy ra vector k ′ là các vector xuất phát từ O và tới các điểm nằm trên đường tròn tâm O bán kính r R= k V Phương pháp tinh thể quay: Trong phương pháp tinh thể quay, bước sóng tia tới được giữ nguyên, tinh thể xoay nên... ra 19 Phương pháp đơn tinh thể quay Mô hình ống phát tia X Ảnh chụp Ống phát tia X 5.1.2 Buồng nhiễu xạ: Buồng nhiễu xạ hình trụ Tia X đi vào qua trung tâm buồng và tia ló được đưa ra phía đối diện Phim được gắn phía trong mặt trụ đồng trục với buồng để ghi lại tia 20 Phương pháp đơn tinh thể quay nhiễu xạ giao thoa Tinh thể gắn trên trục quay đồng trục với buồng và phim Vị trí cố định tinh thể rất... tới  Phim được đặt vào mặt trong của buồng hình trụ cố định  Mẫu đơn tinh thể được gắn trên thanh quay đồng trục với buồng  Chùm tia x đơn sắc (với bước sóng là một hằng số) được chiếu liên tục lên đơn tinh thể 18 Phương pháp đơn tinh thể quay 5.2 Cấu tạo: 5.2.1 Ống pháp tia X: Ống phát tia X hay ống Röntgen thường làm bằng thủy tinh hay thạch anh bên trong là chân không cao Hai điện cực cathode... nhiễu xạ đơn tinh thể nhỏ để giới hạn số lượng khuyết tật Các phim chụp ảnh có thể bị biến dạng, do sự thiếu chính xác trong việc xử lý hoặc các trục quay của tinh thể không hoàn toàn song song với mục tiêu 5.6 Kết luận: Thường thì không quay tinh thể 3600 mà chỉ dao động trong 1 giới hạn góc nào đó, nhờ vậy mà số vết nhiễu xạ có thể chập vào nhau sẽ giảm đi nhiều 5.7 Ưu nhược điểm của đơn tinh thể quay: ... đối xứng cao nhất là hệ lập phương, các hệ tinh thể khác có tính đối xứng thấp hơn là: hệ sáu phương, hệ bốn phương, hệ ba phương (còn gọi là hình mặt thoi), hệ thoi, hệ một nghiêng, hệ ba nghiêng Một số nhà tinh thể học coi hệ tinh thể ba phương là một phần của hệ tinh thể sáu phương 3.3 Phân loại mạng tinh thể : Mạng Bravais là một tập hợp các điểm tạo thành từ một điểm duy nhất theo các bước rời rác ... lên đơn tinh thể đứng yên ( θ không đổi) Phương pháp Laue Phương pháp đơn tinh thể quay B PHƯƠNG PHÁP ĐƠN TINH THỂ QUAY: III Tinh thể: Cấu tạo : Trong khoáng vật học tinh thể học ,một cấu trúc tinh. .. ,trong phương pháp xoay đơn tinh thể chùm tia X đơn sắc ( λ không đổi ) chiếu lên đơn tinh thể quay ( θ thay đổi )quanh phương tinh thể 12 Phương pháp đơn tinh thể quay ,trong phương pháp ảnh... trúc vật liệu tia X gồm nhiều phương pháp như: phương pháp bột, phương pháp Laue, phương pháp đơn tinh thể quay Phương pháp nghiên cứu đơn tinh thể quay phương pháp lâu đời nhất, sử dụng nhiều