Đồ án tốt nghiêp về nghiên cứu và phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể bằng nhiễu xạ X quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THỊ MỸ LINH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU TINH THỂ BẰNG NHIỄU XẠ X – QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THỊ MỸ LINH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU TINH THỂ BẰNG NHIỄU XẠ X – QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ CƢƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 ii LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lê Thị Mỹ Linh Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 10-07-1984 Nơi sinh: Bình Dƣơng Quê quán: Bình Dƣơng Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 246F/2, khu phố 1B, phƣờng An Phú, thị xã Thuận An, tỉnh Bình Dƣơng Điện thoại quan: Điện thoại nhà: Fax: E-mail: mylinhvsvc@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …./… đến …./ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: khí chế tạo máy Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 10/2002 đến 1/2007 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo máy III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2008-2015 Nơi công tác Trƣờng Cao đẳng nghề Việt Nam – Singapore tỉnh Bình Dƣơng iii Công việc đảm nhiệm Giáo viên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 01 năm 2016 Lê Thị Mỹ Linh iv LỜI CẢM ƠN Sau thời gian theo học chƣơng trình đào tạo sau đại học trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tác giả đúc kết đƣợc kiến thức bổ ích cho chuyên môn Vì đề tài nghiên cứu giải vấn đề mẻ dựa sở tính toán lý thuyết lĩnh vực vật liệu dùng kỹ thuật nhiễu xạ X– quang, nên lúc đầu tiếp cận gặp nhiều bỡ ngỡ khó khăn Nhƣng với tận tình giáo viên hƣớng dẫn PGS.TS.Lê Chí Cƣơng, với hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè đồng nghiệp, luận văn đạt đƣợc kết nhƣ mong muốn Đến đây, cho phép tác giả gửi lời cám ơn chân thành đến: - Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thầy PGS.TS.Lê Chí Cƣơng – Khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Viện lƣợng nguyên tử Việt nam - Trung tâm hạt nhân Tp HCM Số 217 Nguyễn Trãi, Q1, Tp HCM - Quý thầy cô khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Phòng Đào tạo - Sau Đại học phòng khoa trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Một lần tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ, động viên quý báu tất ngƣời Xin trân trọng cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 Học viên thực luận văn Lê Thị Mỹ Linh v TÓM TẮT Phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy đƣợc ứng dụng rộng rãi giới Từ liệu liên quan đến nhiễu xạ, ta tính toán giải nhiều vấn đề kỹ thuật Ứng dụng lập trình vào khoa học kỹ thuật, vào công việc hàng ngày đƣợc phát triển mạnh mẽ Các phần mềm ứng dụng xuất tất ngóc ngách sống ngƣời Thiết bị di động, máy vi tính, vật gia dụng gia đình … tất điều đƣợc lập trình để thực công việc phục vụ cho nhu cầu ngƣời Đề tài “Nghiên cứu phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể nhiễu xạ X-quang” đƣợc thực nhằm mục đích phát triển đƣợc phần mềm phân tích vật liệu dựa phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang ngôn ngữ C# Phần mềm giúp ngƣời sử dụng phân tích liệu nhiễu xạ, phân tích ứng suất, xác định tỉ lệ pha pha, xác định hệ số đàn hồi… vật liệu cách nhanh chóng có đƣợc liệu nhiễu xạ X-quang thích hợp (tác giả trƣớc viết) Phần mềm giúp cho việc nghiên cứu phân tích vật liệu phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang đạt suất hiệu kinh tế cao Đề tài đƣợc tác giả nghiên cứu thực thời gian khoảng 06 tháng Trong thời gian đó, tác giả nghiên cứu tài liệu nhiễu xạ X-quang, công trình nghiên cứu nƣớc Ứng dụng lý thuyết nghiên cứu đƣợc vào lập trình Đến tác giả hoàn thành đƣợc mục tiêu đề ra, phần mềm X-Pro 1.0 đƣợc phát triển để thực phân tích vật liệu dựa lý thuyết nhiễu xạ Xquang Hiện tại, phần mềm X-Pro 1.0 thực thêm chức phân tích tính toán thêm nhƣ sau + Xác định tỉ lệ pha vật liệu ba pha + Xác định kích thƣớc tinh thể + Xác định chiều dày lớp mạ vi ABSTRACT X-ray diffraction method, which is one of non-destructive testing methods, is worldwide using From the data related to diffraction, we can calculate and solve technical problems Programming application in technology which is using in daily work is rapidly developing Application software can be found in all fields of our life Mobile equipment, computer, household appliance, etc., are programmed to tasks that serve our demands Topic “Research and development in software for crystalline material analysis using X-ray” is processed based on X-ray diffraction method This software helps users analyze diffractive data, analyze stress, determine mix ratio, elastic ratio… for material quickly when they have appropriate X-ray diffraction data (The previous author drote) It also helps the researches on material analysis using X-ray diffraction method gain high productivity and commercial efficiency The topic is researched and processed in about six months During process, author researched and referenced documents about X-ray diffraction from domestic and foreign resources The author also turned the research theory into programing As a result, the author has finished the research and introduced X-Pro 1.0 which is used to analyze material based on X-ray diffraction theory At present, X-pro 1.0 can carry out these following performances: + Determining mix ratio for three-phase materials + Determining grain size + Thin layer thickness vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT M T SỐ KÝ HIỆU  bƣớc sóng 2 góc nhiễu xạ D khoảng cách mặt phẳng phân tử ( hkl ) n phản xạ bậc cao h,k,l số Miller (hkl) mặt nhiễu xạ Ψ góc tạo phƣơng pháp tuyến mẫu đo với phƣơng pháp tuyến họ mặt phẳng nguyên tử nhiễu xạ Ψo góc tạo phƣơng pháp tuyến mẫu đo tia tới X  góc phân giác tia tới tia nhiễu xạ X o góc tạo phƣơng pháp tuyến họ mặt phẳng nhiễu xạ tia tới X  góc tạo tia tới X phƣơng ngang  góc tạo tia nhiễu xạ phƣơng ngang  Hệ số hấp thụ ( phụ thuộc vào đặc tính tia X loại vật liệu mẫu đo ) m Hệ số hấp thu khối lƣợng vật liệu  Tỉ trọng vật liệu p vị trí đỉnh đƣờng nhiễu xạ LPA hệ số Lorentz hấp thụ B bề rộng đƣờng nhiễu xạ c bƣớc góc đo t thời gian chu kỳ xung M,N hệ số góc hệ số chặn đƣờng thẳng đồ thị sin2 Ψ z,y cƣờng độ nhiễu xạ chƣa hiệu chỉnh LPA viii DANH MỤC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Máy chụp tia x quang Russell Reynold phát triển Hình 1.2: Hình ảnh kích thƣớc tinh thể từ phầm mềm Axio Vision Hình 1.3: Giao diện phần mềm MDI Jade Hình 1.4: Giao diện phần mềm Maud Hình 1.5: Giao diện phần mềm OriginPro Hình 2.1: Nguyên lý nhiễu xạ theo định luật Bragg Hình 2.2: Hiệu chỉnh đƣờng nhiễu xạ 10 Hình 2.3: Phƣơng pháp trọng tâm 15 Hình 2.4: Phƣơng pháp bề rộng trung bình 16 Hình 2.5: Dữ liệu nhiễu xạ thô 17 Hình 2.6: Dữ liệu sau làm mịn với nL=nR=9 18 Hình 2.7: Đƣờng thẳng tiếp tuyến với liệu 19 Hình 2.8: Đƣờng thẳng tiếp tuyến điểm i 19 Hình 2.9: Đơn vị nhiễu xạ 20 Hình 2.10: Xác định liệu nhiễu xạ mặt nhiễu xạ 22 Hình 2.11: Tính lƣơng nhiễu xạ 25 Hình 2.12: Nhiễu xạ thô vật liệu ba pha 26 Hình 2.13: Giản đồ nhiễu xạ ba pha cần khử bỏ 27 Hình 2.14: Chọn (xo,yo) (xn,yn) lần bề rộng trung bình 28 Hình 2.15: Hình ảnh TEM zeolite A [10] 28 Hình 2.16: Độ rộng Scherrer đƣờng nhiễu xạ 29 Hình 2.17: Phƣơng pháp nhiễu xạ  32 Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý mạ 38 ix Hình 19: Sơ đồ nguyên lý đo chiều dày màng mỏng 40 Hình 3.1: Cấu trúc phần mềm X-Pro 1.0 47 Hình 2: Lƣu đồ phân tích đƣờng nhiễu xạ 49 Hình 3.3: Lƣu đồ tính tỉ lệ pha vật liệu pha 51 Hình 3.4: Lƣu đồ xác định kích thƣớc tinh thể 55 Hình 3.5: Lƣu đồ xác định chiều dày lớp phủ 56 Hình 3.6: Định dạng tập tin liệu phần mềm X-Pro 1.0 57 Hình 3.7: Cửa sổ phần mềm phân tích vật liệu 58 Hình 3.8: Dữ liệu nhiễu xạ cần phân tích 59 Hình 3.9: Cửa sổ kết phân tích liệu 60 Hình 3.10: Kết xuất từ phần mềm 61 Hình 3.11: Thực đơn chức xác định tỉ lệ pha 61 Hình 12: Cửa sổ tính tỉ lệ pha vật liệu pha 62 Hình 13: Cửa sổ chƣơng trình phân tích liệu ba pha 63 Hình 3.14: Cửa sổ chƣơng trình xác định pha 63 Hình 15: Kết tính tỉ lệ pha vật liệu pha ứng với liệu thứ 64 Hình 16: Cửa sổ chƣơng trình tính kích tinh thể 65 Hình 17: Cửa sổ chọn liệu chức tính kích thƣớc tinh thể 66 Hình 18: Cửa sổ phân tích liệu 67 Hình 19: Cửa sổ kết tính kích thƣớc tinh thể 68 Hình 20: Cửa sổ chọn tính chiều dày lớp mạ 69 Hình 3.21: Cửa sổ kết tính chiều dày lớp mạ với liệu thứ 70 Hình 22: Cửa sổ kết tính chiều dàỳ lớp phủ với liệu thứ hai 71 Hình 23: Cửa sổ kết tính chiều dày lớp phủ với liệu thứ ba 72 Hình 1: Giản đồ nhiễu xạ cho mẫu chuẩn CeO2 73 Hình 4.2: Dữ liệu nhiễu xạ vật liệu CeO2 74 Hình 4.3: Kết phân tích liệu nhiễu xạ CeO2 74 x Hình 4.4: Cửa sổ chọn tính kích thƣớc tinh thể 78 Hình 4.5: Kết tính kích thƣớc tinh thể mẫu A2 79 Hình 4.6: Kết tính kích thƣớc tinh thể mẫu A1-2 80 DANH MỤC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1:Hệ số hấp thu phƣơng pháp iso-inclination side-inclination có giới hạn vùng nhiễu xạ 11 Bảng 2.2: Bảng giá trị sin2/n với lần lƣợt 1,2,3 n 22 Bảng 2.3: Dạng tổng bình phƣơng mộtsố số Miller cho hệ mạng lập phƣơng tâm mặt 23 Bảng 2.4: Tra tìm m  36 Bảng 4.1: So sánh kết phân tích liệu X-Pro 1.0 kết mẫu 76 Bảng 2: Kết so sánh tính tỉ lệ pha giửa phần mềm phƣơng pháp hóa học 76 Bảng 4.3: Thành phần vật liệu SS400 76 Bảng 4.4: Kết tính tay chiều dày lớp mạ Niken 77 Bảng 4.5: Kết đo chiều dày kim tƣơng 77 Bảng 4.6: Kết đo chiều dày từ trƣờng 77 Bảng 4.7: Kết xác định chiều dày lớp mạ từ phần mềm 77 xi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hƣớng dẫn ii LÝ LỊCH KHOA HỌC iii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi ABSTRACT vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC BẢNG xi MỤC LỤC xii Chƣơng 1.TỔNG QUAN 1.1 Ứng dụng nhiễu xạ x-quang phân tích vật liệu: 1.1.1 Tình hình nƣớc: 1.1.2 Tình hình quốc tế: 1.1.2.1 Phần mềm Axio Vision: 1.1.2.2 Phần mềm MDI Jade: 1.1.2.3 Phần mềm Maud: 1.1.2.4 Phần mềm OriginPro 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài 1.3.2 Giới hạn đề tài 1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.3.4 Điểm luận văn Chƣơng 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm x-quang 2.2 Định luật Bragg xii 2.3 Các phƣơng pháp đo 2.4 Hiệu chỉnh đƣờng nhiễu xạ x-ray 10 2.5 2.4.1 Hiệu chỉnh 10 2.4.2 Hiệu chỉnh hệ số LPA 11 Phƣơng pháp xác định vị trí đỉnh 11 2.5.1 Phƣơng pháp parabola 11 2.5.2 Phƣơng pháp đƣờng cong Gaussian 14 2.5.3 Phƣơng pháp trọng tâm 14 2.5.4 Phƣơng pháp bề rộng trung bình 15 2.6 Làm mịn liệu 17 2.7 Nguyên lý phân tích đƣờng nhiễu xạ 19 2.7.1 Nguyên lý xác định mặt nhiễu xạ hkl 19 2.7.2 Xác định đỉnh nhiễu xạ từ mặt nhiễu xạ thu đƣợc 22 2.7.3 Xác định số hkl mặt nhiễu xạ 22 2.8 Lý thuyết xác định tỉ lệ pha dựa vào lƣợng nhiễu xạ toàn phần pha 24 2.8.1 Công thức tính t lệ pha dựa vào lƣợng nhiễu xạ 24 2.8.2 Xác định lƣợng Eij pha: 25 2.8.3 Phƣơng pháp tiến hành xử lý dự liệu đo đạc 25 2.8.3.1 Hiệu chỉnh nhiễu xạ 25 2.8.3.2 Chọn phạm vi bề rộng đáy nhiễu xạ X : 28 2.8.4 Xác định kích thƣớc tinh thể [9] 28 2.8.4.1 Kích thƣớc hạt: 28 2.8.4.2 Kích thƣớc hạt tinh thể: 29 2.8.5 Đo chiều dày lớp mạ [10] 31 2.8.5.1 Theo phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang: 31 2.8.5.2 Tính độ dày lớp mạ theo công thức Faraday: 38 2.8.5.3 Phƣơng pháp chụp ảnh kim tƣơng: 38 2.8.5.4 Phƣơng pháp từ trƣờng: 39 2.8.5.5 Phƣơng pháp siêu âm: 40 Chƣơng 3.PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 44 3.1 Lập trình ứng dụng công nghiệp kỹ thuật 44 xiii 3.1.1 Tổng quan lập trình 44 3.1.2 Ứng dụng lập trình công nghiệp kỹ thuật 44 3.1.3 Chọn ngôn ngữ lập trình 45 3.2 Chƣơng trình phân tích vật liệu từ nhiễu xạ x-ray 46 3.2.1 Cấu trúc chƣơng trình 46 3.2.2 Lƣu đồ chƣơng trình 47 3.2.2.1 Phân tích liệu nhiễu xạ 47 3.2.2.2 Tỉ lệ pha: 50 3.2.2.3 Xác định kích thƣớc tinh thể 55 3.2.2.4 Xác định chiều dày lớp mạ 56 3.2.3 Định dạng tập tin liệu nhiễu xạ 57 3.2.4 Giao diện thao tác chƣơng trình 58 3.2.4.1 Phân tích vật liệu 58 3.2.4.2 Xác định tỉ lệ pha 61 3.2.4.3 Xác định kích thƣớc tinh thể 65 3.2.4.4 Xác định chiều dày lớp mạ 69 Chƣơng 4.TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 73 4.1 Kiểm nghiệm phân tích liệu nhiễu xạ vật liệu CeO2 73 4.2 Kiểm nghiệm xác định tỉ lệ pha vật liệu ba pha: 76 4.3 Kiểm nghiệm xác định chiều dày lớp mạ Niken thép SS400 76 4.4 Kiểm nghiệm xác định kích thƣớc tinh thể vật liệu Zeolite 78 Chƣơng KẾT LUẬN 81 5.1 Kết đạt đƣợc 81 5.2 Hƣớng phát triển đề tài 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC………………………………………………………………………… 84 xiv Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Ứng dụng nhiễu xạ x-quang phân tích vật liệu: 1.1.1 Tình hình nƣớc: Việc nghiên cứu ứng dụng x-quang kỹ thuật dần đƣợc thực nhiều nƣớc ta Ở nƣớc ta x-quang đƣợc sử dụng rộng rãi y học để chuẩn đoán hình ảnh, có nhiều đề tài nghiên cứu x-quang lĩnh vực địa chất Trong lĩnh vực khí, có nhiều đề tài nghiên cứu x quang để phân tích vật liệu nhƣ tính ứng suất, tỉ lệ pha, kích thƣớc tinh thể, chiều dày lớp phủ … Tuy nhiên việc nghiên cứu dừng lại mức tìm hiểu, nắm bắt vấn đề để ứng dụng vào thực tiễn Chƣa có nghiên cứu đột phá, phát x-quang nƣớc ta Ứng dụng x-quang để phân tích vật liệu nƣớc ta bƣớc đầu phát triển dần ứng dụng vào thực tế Nhƣng chƣa có phần mềm phân tích vật liệu sử dụng lý thuyết nhiễu xạ x quang để giúp việc tính toán diễn nhanh chóng đạt tính kinh tế, việc tính toán phân tích thực thủ công sử dụng số phần mềm không chuyên dụng để hỗ trợ tính toán nhƣ Ogirin, Excell …Ở nƣớc ta công trình nghiên cứu phần mềm phân tích vật liệu chƣa phổ biến 1.1.2 Tình hình quốc tế: Trên giới, việc nghiên cứu ứng dụng x quang đƣợc phát triển từ lâu Năm 1896 Rogen phát tia x, ảnh chụp x quang đƣợc chụp Rontgen bàn bàn tay vợ ông Từ nghiên cứu Rontgen, nha khoa học Russell Reynold phát minh máy chụp chiếu tia X-quang giới vào năm 1896 Phát minh gây sửng sốt y học giới đại Ngƣời ta không ngờ đƣợc máy móc cho phép nhìn thấu phận Hình 1.1: Máy chụp tia x quang Russell Reynold phát triển bên thể phát đƣợc bệnh tật Trƣớc nghiên cứu bị coi viễn tƣởng Vào khoảng năm 1975, việc nghiên cứu x quang đƣợc phát triển mạnh mẽ, nhiều lý thuyết việc ứng dụng x quang nhiều lĩnh vực nhƣ nghiên cứu cấu trúc bên vật liệu mờ đƣợc đời Hiện nƣớc phát triển giới nghiên cứu sâu khả x quang, cho nhiều nghiên cứu để ứng dụng x quang khoa học kỹ thuật Có nhiều phần mềm giúp phân tích liệu nhiễu xạ x-ray nhƣ: Axio Vision, MDI Jade, Maud 1.1.2.1 Phần mềm Axio Vision: Phần mềm Axio Vision phần mềm tích hợp tính nhƣ: xác định kích thƣớc tinh thể, xác định thành phần tỉ lệ pha Hình 1.2: Hình ảnh kích thƣớc tinh thể từ phầm mềm Axio Vision 1.1.2.2 Phần mềm MDI Jade: Phần mềm phân tích liệu nhiễu xạ xác định kích thƣớc tinh thể Hình 1.3: Giao diện phần mềm MDI Jade 1.1.2.3 Phần mềm Maud: Maud phần mềm hỗ trợ phân tích vẽ giản đồ nhiễu xạ X-quang Hình 1.4: Giao diện phần mềm Maud 1.1.2.4 Phần mềm OriginPro Hình 1.5: Giao diện phần mềm OriginPro - Phần mềm OriginPro phần mềm hỗ trợ kỹ sƣ nhà khoa học để phân tích liệu cách thể đồ thị - Phần mềm sử dụng cách dễ dàng với giao diện đồ họa cửa sổ - Phần mềm trao đổi liệu dễ dàng với phần mềm xử lý liệu nhƣ: Excel, Matlab, Ladview…  Đánh giá chung: Những phần mềm phần mềm chuyên dụng, đa dạng phƣơng thức điều khiển chủ yếu tập trung vào hay hai chức riêng biệt lĩnh vực phân tích vật liệu, chƣa mang tính toàn diện đa Ngôn ngữ phần mềm chủ yếu tiếng anh 1.2 Mục đích đề tài Nghiên cứu phát triển vật liệu vấn đề quan trọng công nghệ khoa học kỹ thuật Khi ngƣời phát đƣợc vật liệu đó, để hiểu rõ tính chất nó, nhà khoa học phải nghiên cứu phân tích, xác định tính chất tính, lý tính, hóa tính để phục vụ cho nhiều mục đích khác Hay nghiên cứu chế tạo sản phẩm đó, ta phải nghiên cứu sử dụng loại vật liệu phù hợp với yêu cầu, chịu đƣợc tải trọng định, độ ăn mòn, nhiệt độ … Hiện có nhiều phƣơng pháp phân tích vật liệu phổ biến nhƣ x quang, kim tƣơng, kính hiển vi điện tử, phân tích nhiệt Trong số phƣơng pháp đó, phƣơng pháp nhiễu xạ x-quang đem lại hiệu suất cao không phá hủy phân tích xác đƣợc nhiều vấn đề liên quan đến vật liệu nhƣ ứng suất, kích thƣớc tinh thể, tỉ lệ pha vật liệu, hệ số đàn hồi, chiều dày lớp mạ … dễ dàng để tự động hóa Ngày nay, với đời máy vi tính phát triển nhƣ vũ bão công nghệ thông tin, máy tính có tốc độ xử lý ngày cao, giúp ta thực đƣợc khối lƣợng tính toán vô lớn thời gian ngắn Do đó, việc ứng dụng lập trình vào việc tính toán phân tích khó, dài dòng cần thiết, giúp ta rút ngắn thời gian làm việc, đạt hiệu công việc cao Do đó, mục đích đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống phần mềm phân tích vật liệu dựa phƣơng pháp nhiễu xạ x quang Phần mềm giúp cho việc phân tích vật liệu trở nên nhanh chóng hơn, giúp ngƣời sử dụng xác định cách nhanh chống giá trị Ở đề tài tác giả trƣớc phần mềm thực đƣợc tính nhƣ phân tích ứng suất, mô đun đàn hồi, tỉ lệ pha vật liệu hai pha Trong đề tài này, tác giả luận văn phát triển thêm tính nhƣ tính kích thƣớc tinh thể, tính chiều dày lớp mạ vật liệu tính tỉ lệ pha vật liệu ba pha có liệu nhiễu xạ vật liệu 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu lý thuyết liên quan nhiễu xạ x-quang ứng dụng vào việc phân tích vật liệu từ kết nhiễu xạ x-quang Phát triển hệ thống phần mền phân tích vật liệu dựa phƣơng pháp nhiễu xạ x-quang 1.3.2 Giới hạn đề tài Do thời gian thực đề tài hạn chế, nên đề tài tập trung phát triển hệ thống phần mềm chủ yếu việc xác định tỉ lệ pha vật liệu pha, kích thƣớc tinh thể tính chiều dày lớp mạ 1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Dựa vào tài liệu có giới lý thuyết nhiễu xạ x-quang để tìm hiểu cách thức nhiễu xạ x-quang vật liệu nhƣ Tham khảo tài liệu giới để tìm hiểu phƣơng pháp xác định tính chất vật liệu dựa liệu nhiễu xạ x-quang Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình C# để lập trình phát triển phần mền phân tích vật liệu Tiến hành tính toán phân tích lại liệu nhiễu xạ x-quang đƣợc tính toán xác thực để kiểm nghiệm tính xác phần mềm Kế thừa nghiên cứu ngƣời trƣớc để phát triển đề tài 1.3.4 Điểm luận văn Phát triển chức phần mềm hoàn toàn Việt, dựa lý thuyết nhiễu xạ x-quang đƣợc nghiên cứu để phân tích nhiều khía cạnh khác vật liệu Tác giả phát triển thêm: xác định tỉ lệ pha vật liệu pha, xác định kích thƣớc tinh thể, xác định chiều dày lớp mạ Giúp việc phân tích vật liệu dựa liệu nhiễu xạ x-quang từ máy nhiễu xạ trở nên nhanh chóng thuận tiện Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm x-quang Vào năm 1895, nhà vật lý ngƣời Đức Röntgen phát tia X (tia Röntgen) Những tia không thấy đƣợc mắt thƣờng nhƣng chúng theo đƣờng thẳng tác động lên phim hình giống nhƣ ánh sáng Ở mặt khác, chúng xuyên thấu nhiều ánh sáng dễ dàng qua thể ngƣời, gỗ, mẫu kim loại mỏng đối tƣợng “không suốt khác” Năm 1912, chất xác tia X đƣợc thành lập Trong năm này, tƣợng nhiễu xạ tia X tinh thể đƣợc khám phá Khi đó, chất sóng tia X đƣợc chứng minh cung cấp phƣơng pháp để nghiên cứu sâu vật chất Mặt dù phép chụp tia X công cụ quan trọng áp dụng đƣợc diện rộng, giới hạn bên chi tiết cho ta thấy đƣợc kích thƣớc khoảng 10-3mm Sự nhiễu xạ, mặt khác, gián tiếp xác định đƣợc chi tiết bên cấu trúc với mức 10-7mm, với nghiên cứu đƣợc ứng dụng vào vấn đề vật liệu 2.2 Định luật Bragg Định luật Bragg, đƣợc W L Bragg thiết lập vào năm 1933, thể mối quan hệ bƣớc sóng tia X khoảng cách mặt nguyên tử 13,14] Khi chiếu tia X có bƣớc sóng (10 – 10  ) tƣơng ứng với khoảng cách mặt -4 phẳng nguyên tử vào vật rắn tinh thể xuất tia nhiễu xạ với cƣờng độ phƣơng khác nhau, phƣơng nhiễu xạ phụ thuộc vào bƣớc sóng xạ tới chất mẩu tinh thể Định luật Bragg thiết lập mối quan hệ bƣớc sóng tia X khoảng cách mặt nguyên tử Các giả thuyết : Các mặt phẳng nguyên tử phản xạ xạ tới phải độc lập, tia tới phải tán xạ hoàn toàn S K L 0 [...]... nhiễu x của x- quang trên vật liệu nhƣ thế nào Tham khảo tài liệu trên thế giới để tìm hiểu phƣơng pháp x c định các tính chất vật liệu dựa trên dữ liệu nhiễu x x- quang Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình C# để lập trình phát triển phần mền phân tích vật liệu Tiến hành tính toán phân tích lại các dữ liệu nhiễu x x- quang đã đƣợc tính toán x c thực để kiểm nghiệm tính chính x c của phần mềm Kế thừa nghiên cứu. .. đã phát triển thêm các tính năng nhƣ tính kích thƣớc tinh thể, tính chiều dày lớp mạ của vật liệu và tính tỉ lệ pha của vật liệu ba pha khi có dữ liệu nhiễu x của vật liệu đó 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài Nghiên cứu các lý thuyết liên quan về nhiễu x x- quang và ứng dụng vào việc phân tích vật liệu từ kết quả nhiễu x x- quang Phát triển hệ thống phần mền phân tích. .. phân tích dữ liệu nhiễu x và x c định kích thƣớc tinh thể 2 Hình 1.3: Giao diện của phần mềm MDI Jade 1.1.2.3 Phần mềm Maud: Maud là một phần mềm hỗ trợ phân tích và vẽ giản đồ nhiễu x X- quang Hình 1.4: Giao diện phần mềm Maud 3 1.1.2.4 Phần mềm OriginPro Hình 1.5: Giao diện phần mềm OriginPro - Phần mềm OriginPro là một phần mềm hỗ trợ các kỹ sƣ và nhà khoa học để phân tích dữ liệu bằng cách thể. .. nhiều nghiên cứu để ứng dụng x quang trong khoa học kỹ thuật Có nhiều phần mềm giúp phân tích dữ liệu nhiễu x x- ray nhƣ: Axio Vision, MDI Jade, Maud 1.1.2.1 Phần mềm Axio Vision: Phần mềm Axio Vision là một phần mềm tích hợp các tính năng nhƣ: x c định kích thƣớc tinh thể, x c định thành phần tỉ lệ pha Hình 1.2: Hình ảnh kích thƣớc tinh thể từ phầm mềm Axio Vision 1.1.2.2 Phần mềm MDI Jade: Phần mềm phân. .. để phát triển đề tài 1.3.4 Điểm mới của luận văn Phát triển các chức năng của 1 phần mềm hoàn toàn mới thuần Việt, dựa trên các lý thuyết về nhiễu x x- quang đã đƣợc nghiên cứu để phân tích nhiều khía cạnh khác nhau của vật liệu Tác giả phát triển thêm: x c định tỉ lệ pha của vật liệu 3 pha, x c định kích thƣớc tinh thể, x c định chiều dày lớp mạ Giúp việc phân tích vật liệu dựa trên dữ liệu nhiễu x . .. kích thƣớc tinh thể, chiều dày lớp phủ … Tuy nhiên việc nghiên cứu chỉ dừng ở lại mức tìm hiểu, nắm bắt vấn đề để ứng dụng vào trong thực tiễn Chƣa có những nghiên cứu đột phá, phát hiện mới về x- quang ở nƣớc ta Ứng dụng x- quang để phân tích vật liệu ở nƣớc ta cũng đang ở bƣớc đầu phát triển và dần ứng dụng vào thực tế Nhƣng chƣa có phần mềm phân tích vật liệu nào sử dụng lý thuyết nhiễu x x quang để... đích của đề tài là nghiên cứu và phát triển một hệ thống phần mềm phân tích vật liệu dựa trên phƣơng pháp nhiễu x x quang Phần mềm sẽ giúp cho việc phân tích vật liệu trở nên nhanh chóng hơn, giúp ngƣời sử dụng x c định 1 cách nhanh chống các giá trị Ở đề tài của tác giả trƣớc thì phần mềm đã thực hiện đƣợc các tính năng nhƣ phân tích ứng suất, mô đun đàn hồi, tỉ lệ pha của vật liệu hai pha Trong... Reynold phát triển bên trong cơ thể và phát hiện đƣợc bệnh tật Trƣớc đó những nghiên cứu về nó đã bị coi là viễn tƣởng Vào khoảng những năm 1975, việc nghiên cứu x quang đƣợc phát triển mạnh mẽ, nhiều lý thuyết việc ứng dụng x quang trong nhiều lĩnh vực nhƣ nghiên cứu cấu trúc bên trong các vật liệu mờ đƣợc ra đời Hiện nay các nƣớc phát triển trên thế giới đã nghiên cứu rất sâu về khả năng của x quang, và. .. 1.1 Ứng dụng nhiễu x x- quang trong phân tích vật liệu: 1.1.1 Tình hình trong nƣớc: Việc nghiên cứu ứng dụng x- quang trong kỹ thuật đã dần đƣợc thực hiện nhiều ở nƣớc ta Ở nƣớc ta x- quang đƣợc sử dụng rộng rãi trong y học để chuẩn đoán hình ảnh, có nhiều đề tài nghiên cứu về x- quang trong lĩnh vực địa chất Trong lĩnh vực cơ khí, cũng có rất nhiều đề tài nghiên cứu x quang để phân tích vật liệu nhƣ tính... tập tin dữ liệu nhiễu x 57 3.2.4 Giao diện và thao tác của chƣơng trình 58 3.2.4.1 Phân tích vật liệu 58 3.2.4.2 X c định tỉ lệ pha 61 3.2.4.3 X c định kích thƣớc tinh thể 65 3.2.4.4 X c định chiều dày lớp mạ 69 Chƣơng 4.TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 73 4.1 Kiểm nghiệm phân tích dữ liệu nhiễu x của vật liệu CeO2