Tiểu luận nhiễu xạ tia X

Nội dung chính1. Mạng tinh thể2. Phương trình Bragg3. Đo phổ XRD4. Xác định mạng tinh thể5. Phân tích định tính6. Xác định kích thước tinh thể.Tinh thể:Là các đa diện hình học (mặt, cạnh)Tính đồng nhất (homogeneity)Tính dị hướng (anisotropy)Có điểm chảy xác định

X- ray diffraction (XRD) Edited by Nguyen Hoa Du – Faculty of Chemistry, Vinh University Nội dung       Mạng tinh thể Phương trình Bragg Đo phổ XRD Xác định mạng tinh thể Phân tích định tính Xác định kích thước tinh thể Mạng tinh thể 1.1 Tinh thể:  Tinh thể:      Là đa diện hình học (mặt, cạnh) Tính đồng (homogeneity) Tính dị hướng (anisotropy) Có điểm chảy xác định Chất rắn vơ định hình khơng có tính chất Phương pháp mơ tả cu trỳc tinh th Dựa vào kiểu tế bào mạng Cách xếp khít khối cầu Mụ t kiu mng lưới Thể tích bé khơng gian ABCDA’B’C’D’ có chứa yếu tố đối xứng đặc trưng cho không gian gọi tế bào mạng lưới (unit cell) Chọn tế bào mạng lưới:    Có số góc số cạnh nhiều Có đối xứng cao Có thể tích bé Các đại lượng đặc trưng tinh thể Kích thước hình dạng tế bào đơn vị mô tả bởi: - Các cạnh: a, b, c - Các góc  Tế bào đơn vị lập phương tâm khối Phần tử màu đỏ dùng chung cho ô mạng? h tinh th Hệ Các thông số tế bào mạng LËp ph¬ng (cubic) a=b=c  = = =90o trơc bËc ba P F I Tứ phương a=bc  = = =90o trôc bËc P I a b c  = = =90o a=b c  ==90o,  =120o trôc bËc hai P F I C trơc bËc s¸u P (tetragonal ) Trùc thoi (orthorhom bic) Lục phơng (hexagona l, trigonal) Yếu tố đối xứng đặc trng Các kiểu mạng h tinh th Hệ Các thông số tế bào mạng Yếu tố đối xứng ®Ỉc tr ng nhÊt a = b = c trôc bËc == ba 90o đơn tà abc trôc bËc hai  =  = 90o, (monoclin  90o ic) Mặt thoi (Rhombohedr al) Tam tà (triclinic) abc  90o Không Các kiểu mạng P P C P Phương trình Bragg  Là phtrình mơ tả điều kiện nhiễu xạ tia X mạng tinh thể Điều kiện nhiễu xạ  Hiệu số đường hai tia sáng song song số nguyên lần độ dài sóng C1 A1 A2 C2 B1 2 M N B2  A2B2C2 – A1B1C1 = MB2N; B1B2 = d; MB2=B2N  MB2 = d.sin;  MB2N = 2d.sin =  Bragg’s Equation  2d hkl sin  A single crystal specimen in a Bragg-Brentano diffractometer would produce only one family of peaks in the diffraction pattern 2 At 20.6 °2, Bragg’s law fulfilled for the (100) planes, producing a diffraction peak The (110) planes would diffract at 29.3 °2; however, they are not properly aligned to produce a diffraction peak (the perpendicular to those planes does not bisect the incident and diffracted beams) Only background is observed The (200) planes are parallel to the (100) planes Therefore, they also diffract for this crystal Since d200 is ½ d100, they appear at 42 °2 Đo phổ XRD    Nhiều phương pháp Phương pháp bột (phổ biến): gồm vi tinh thể  ln có nhiễu xạ từ họ mặt dhkl Dữ kiện thu từ phổ đồ: d I/I0 với I0 = cường độ pic mạnh (100%)  Thẻ ASTM Thẻ ASTM XRD chất d I/I0 vạch đặc trưng Điều kiện ghi phổ Các thông số tinh thể học Các kiện quang học Điều kiện chuẩn bị mẫu, kiện phân tích N0 Tên cơng thức chất d I/I0 d I/I0 d I/I0 Mẫu Mau G2 d=2.733 700 600 400 d=1.933 d=1.577 300 d=1.730 100 d=1.366 d=2.231 200 d=3.868 Lin (Counts) 500 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Mau G2.raw - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.8 s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA - Creation: 9/9/2006 9:28:59 AM 01-089-8082 (C) - Lanthanum Calcium Manganese Oxide - (La0.7Ca0.3)(MnO3) - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.46510 - b 7.72395 - c 5.48128 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive 70 Ứng dụng      Xác định thành phần pha vật liệu Xác định định tính chất tinh thể Nghiên cứu tiến trình phản ứng pha rắn Nghiên cứu đặc trưng tinh thể chất tinh khiết Phân tích cấu trúc phân tử Xác định kích thước hạt tinh thể  Kích thước hạt tinh thể thu từ nhiễu xạ tia X tính theo cơng thức Scherrer:  Trong đó: λ (Å): độ dài bước sóng tia X, dùng anot Cu ta có giá trị λCu(K)=1,54056 Å K  0,9; t: kích thước hạt tinh thể (Å) B: Bề rộng nửa chiều cao pic (radian) θ góc Bragg (độ)     Lin (Counts) Mau N1 700 600 500 400 300 200 100 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Mau N1.raw - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA - Creation: 9/8/2006 4:26:02 PM  Nung 5000C 1h 70 700 600 500 400 d=1.366 d=1.577 100 d=2.231 200 d=1.929 d=2.727 300 d=3.868 Lin (Counts) Mau N2 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Mau N2.raw - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA - Creation: 9/8/2006 5:14:16 PM 01-089-8082 (C) - Lanthanum Calcium Manganese Oxide - (La0.7Ca0.3)(MnO3) - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.46510 - b 7.72395 - c 5.48128 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive  Nung 6000C 1h 70  Nung 7000C 1h Mau N5 700 d=2.734 600 400 300 d=1.366 d=1.730 d=2.231 d=2.450 100 d=1.578 d=1.933 200 d=3.879 Lin (Counts) 500 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Mau N5.raw - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.8 s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA - Creation: 9/8/2006 3:29:10 PM 01-089-8082 (C) - Lanthanum Calcium Manganese Oxide - (La0.7Ca0.3)(MnO3) - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.46510 - b 7.72395 - c 5.48128 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive  Nung 8500C 1h 70 Mau N6 d=2.731 800 700 600 400 d=1.730 100 d=1.366 d=2.231 200 d=1.577 d=1.931 300 d=3.872 Lin (Counts) 500 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Mau N6.raw - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA - Creation: 9/8/2006 3:57:31 PM 01-089-8082 (C) - Lanthanum Calcium Manganese Oxide - (La0.7Ca0.3)(MnO3) - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.46510 - b 7.72395 - c 5.48128 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive  Nung 9000C h 70 ... diffractometer would produce only one family of peaks in the diffraction pattern 2 At 20.6 °2, Bragg’s law fulfilled for the (100) planes, producing a diffraction peak The (110) planes would diffract at... The (110) planes would diffract at 29.3 °2; however, they are not properly aligned to produce a diffraction peak (the perpendicular to those planes does not bisect the incident and diffracted