Phân tích cấu trúc: Nhiễu xạ tia X

Tia x (Tia Rơngen)Sóng điện từ với bước sóng từ 103 nm đến 10 nmTrong nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia x:  ~ 0,050,25 nm (~ khoảng cách giữa các nguyên tử trong tinh thể)Tia X không nhìn thấy được, lan truyền theo đườngthẳngTia X bị khúc xạ, phân cực và nhiễu xạTia X có thể truyền qua những vật mà ánh sáng thường không truyền qua được,  ngắn  đâm xuyên mạnh

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC Chương NHIỄU XẠ TIA X ĐẶC TRƯNG CỦA TIA X 2.1 Tia x (Tia Rơngen) Sóng điện từ với bước sóng từ 10-3 nm đến 10 nm Trong nghiên cứu nhiễu xạ tia x:  ~ 0,05-0,25 nm (~ khoảng cách nguyên tử tinh thể) - Tia X khơng nhìn thấy được, lan truyền theo đường thẳng - Tia X bị khúc xạ, phân cực nhiễu xạ - Tia X truyền qua vật mà ánh sáng thường không truyền qua được,  ngắn  đâm xuyên mạnh Nguồn tia X 2.2 Tạo tia x  Nguồn gốc phát sinh: điện tử hạt mang điện khác bị hãm vật chắn tương tác xạ  với vật chất  Để tạo tia x thường sử dụng chùm tia điện tử có lượng cao Nguồn tia X A Ống phát rơnghen • Bình thủy tinh kín, hút chân khơng cao 10-8 mmHg • Catốt: sợi đốt • Anốt: nguyên tử số lớn, T nóng chảy cao, P thấp hoạt tính hóa học nhỏ • Nước làm nguội anốt (90% E chùm e bắn vào anốt chuyển thành nhiệt) • Chế độ làm việc: T < nhiệt độ tới hạn Phổ tia X B Phổ tia x  Gồm phổ liên tục phổ đặt trưng  Cường độ phổ liên tục phụ thuộc vào U ống phát, dịng anốt, ngun tố làm anốt  Bước sóng phổ đặc trưng phụ thuộc vào vật liệu làm anốt H 2.2 Phổ tia x Mo với tăng tốc khác Phổ tia XPhổ liên tục Tạo nên tổn hao khác lưượng điện tử va chạm Phổ đặc trưưng - Phổ đặc trưng tạo thay đổi trạng thái lưượng nguyên tử Đặc trưng cho kim loại làm bia Phổ đặc trưng nguyên tố khác giống cấu truc phổ Nguồn gốc phổ liên tục H 2.3 Minh họa nguồn gốc phát xạ liên tục phổ tia x Năng lượng photon phát xạ lượng tổn hao va chạm Nguồn gốc phổ đặc trưng Bước sóng tới hạn C Bước sóng tới hạn  Khi tồn lượng điện tử chuyển thành lượng photon: ℎ� � = ��� = �� =  1,243 �� � e - điện tích điện tử U- tăng tốc [kV] Thay đổi tăng tốc -> thay đổi giá trị min không làm thay đổi giá trị  đặc trưng Cường độ vạch đặc trưng I Cường độ phổ đặc trưng tăng điện áp U dòng điện I qua ống phát tăng I = Bi(U - UK)n (2.6) B - số tỉ lệ i - dòng điện qua ống phát U- Hiệu điện tăng tốc UK - kích thích dãy K n - số Phương pháp bột 5) Vận hành theo hình học  - 2 Mẫu quay với tốc độ  đetectơ quay với tốc độ 2 Cường độ tia nhiễu xạ theo 2 ghi tự động giấy vẽ đồ thị liệu số Kết Giản đồ nhiễu xạ -> Giá trị 2 d-> Cấu trúc tinh thể Phương pháp bột H 2.25a Giản đồ nhiễu xạ tia x vonfram thu nhiễu xạ kế với xạ đồng (ghi giấy) Phương pháp bột 6) Phân tích kết Vị trí pic -> cấu trúc thông số mạng cho pha chứa mẫu bột Cường độ nhiễu xạ -> nồng độ pha Phương pháp bột H 2.25b ảnh Debye kẽm (chụp = phim Giải thích ảnh Debye nhờ khái niệm mạng đảo Phương pháp bột 7) Phân tích pha định tính Xác định pha có mẫu Cơ sở Mỗi pha cho hệ vạch nhiễu xạ định giản đồ nhiễu xạ Mẫu gồm nhiều pha -> tồn đồng thời nhiều hệ vạch độc lập giản đồ nhiễu xạ So sánh số liệu thực nghiệm với số liệu chuẩn -> pha chứa mẫu Phương pháp bột 8) Phân tích pha định lượng Xác định hàm lượng tương đối pha Cơ sở Cường độ tia nhiễu xạ phụ thuộc vào nồng độ �� = �� �� �� � � Ii - cường độ tia nhiễu xạ từ pha i Ki - số pi - tỉ lệ trọng lượng pha i (nồng độ) i - mật độ pha i m- hệ số suy giảm khối lượng hỗn hợp Nguồn tia X Xác định số Miller (hkl) cho giản đồ nhiễu xạ (a) Phương pháp tỉ số sin2 Tìm hkl Kết hợp phương trình Bragg với biểu thức tính dhkl:  sin   (h2  k  2 l 4a ) h2  k  l sin2  1 1 2  sin  h2  k  l 22 Dạng tổng bình phương số số Miller cho hệ lập phương h + k + l2 hkl Mạng 100 LP ĐG 110 LPĐG, LPTK 111 LP ĐG, LPTM 200 LPĐG, LPTK, LPTM 210 LPĐG 211 LPĐG, LPTK LP ĐG 220 LPĐG, LPTK, LPTM XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC TINH THỂ LP Nhận biết mạng Bravais 1) Ghi hệ thống phản xạ (cả tổng bình phương) có mặt vắng mặt ảnh nhiễu xạ thực nghiệm: (hkl)1 (hkl)2 (hkl)3 (hkl)4 (h2 + k2 + l2)1 (h2 + k2 + l2)2 (h2 + k2 + l2)3 (h2 + k2 + l2)4 2) Tra bảng giá trị (h2 + k2 + l2) cho mạng LP (lý thuyết): LPĐG : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, LPTK : 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, LPTM : 3, 4, 8, 11, 12, 16, 19, 20, 24, 27, 32, 3) So sánh số liệu thực nghiệm với lý thuyết -> Mạng Bravais Dấu hiệu nhận biết mạng LPbiết mạng Bravais thông qua phân bố vạch nhiễu xạ Nhận LPĐG LPTK: khoảng cách pic gần LPTM: píc xếp theo quy luật kép - đơn – kép h2 + k2 + l2 SC FCC 100 110 111 111 200 200 210 211 BCC DC 110 111 200 211 220 220 300, 221 10 310 11 311 311 12 222 222 13 320 14 321 220 220 310 311 222 321 15 16 400 17 410, 322 18 411, 330 19 331 400 400 400 411, 330 331 331 Giản đồ nhiễu xạ Al Trong hệ LP h2 + k2 + l2 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8… A = (sin2 )1 /1 = (sin2 )2 /2 = (sin2 )3 /3 = Trình tự tính tốn 1) Tính: sin2i /(1, 2, 3, 4, …) -> giá trị A nhỏ 2) (h2 + k2 + l2)i = sin2i /A 3) Từ bảng giá trị tổng bình phương -> hkl 4) Tính thơng số mạng: A 2 4a a  Giản đồ nhiễu xạ Al Thí dụ Giản đồ nhiễu xạ tia x nhơm (Al), Hình 2.28 Bức xạ: CuK, K1 = 0,154056 nm Xác định mạng Bravais số mạng Phương pháp tỉ số sin2 Sử dụng phương pháp tỉ số sin2 -> Bảng 2.6 Xác định số hkl Nhôm Vật liệu: Nhôm Peak số 2 (o) Bức xạ: CuK sin2 38,52 0,1088 1,000 44,76 0,1450 65,14 K1 = 0,154056 nm h2 + k + l hkl a (nm) 3,000 111 0,40448 1,333 3,999 200 0,40457 0,2898 2,664 7,992 220 0,40471 78,26 0,3983 3,661 10,983 11 311 0,40480 82,47 0,4345 3,994 11,982 12 222 0,40480 99,11 0,5792 5,324 15,912 16 400 0,40485 112,03 0,6876 6,320 18,960 19 331 0,40491 116,60 0,7238 6,653 19,958 20 420 0,40491 137,47 0,8684 7,982 23,945 24 422 0,40494 Giản đồ nhiễu xạ Al Kết hkl chẵn lẻ Mạng Bravais LPTM Thông số mạng = 0,4049 nm Chọn giá trị a tính cho pic ứng với góc lớn để có độ xác tốt Kết luận Nhơm có cấu trúc LPTM, a = 0,4049 nm ... đỉnh Cường độ tia x nhiễu x? ?? B Tán x? ?? nguyên tử H 2.10 Tán x? ?? tia x nguyên tử Cường độ tia x nhiễu x? ?? Tán x? ?? nguyên tử Tổng tán x? ?? tất điện tử riêng biệt với pha khác (bỏ qua tán x? ?? hạt nhân)... x? ?? tia x điện tử tự (2 )Nhiễu x? ?? tia x nguyên tử cách sử dụng kết tán x? ?? điện tử (3) Nhiễu x? ?? tia x ô mạng nhờ sử dụng kết tán x? ?? nguyên tử Cường độ tia x nhiễu x? ?? A Tán x? ?? điện tử Biểu thức J.J... Hướng tia nhiễu x? ?? không bị ảnh hưởng loại nguyên tử vị trí riêng biệt Cường độ tia nhiễu x? ?? thay đổi cường độ số tia khơng Cường độ tia x nhiễu x? ?? Trình tự tính toán (1) Nhiễu x? ?? tia x điện