6. Những đóng góp mới của đề tài
3.1.Đặc trƣng cấu trúc của vật liệu spinel LiMn2O4
Cấu trúc tinh thể của các sản phẩm chế tạo đƣợc khảo sát bằng phép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD). Vi cấu trúc của vật liệu đƣợc đánh giá bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
Sau khi ủ nhiệt ở 9000C trong 4 h, mẫu đƣợc tiến hành phân tích nhiễu xạ tia X. Hình 3.1 cho thấy giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bộtLiMn2O4 sau khi ủ nhiệt ở 9000C trong thời gian 4 giờ.
So sánh giản đồ nhiễu xạ (Hình 3.1) với dữ liệu PDF (số thẻ 35-0782) cho thấy:
- Vật liệu LiMn2O4 chế tạo đƣợc có dạng đơn pha, có thành phần hợp thức nhƣ mong muốn và có cấu trúc tinh thể lập phƣơng, thuộc nhóm không gian Fd3m.
31
Các đỉnh đặc trƣng xuất hiện mạnh tại các góc 2, tƣơng ứng với các mặt phản xạ nhƣ đƣợc chỉ ra trên bảng 3.1.
Bảng 3.1: Các đỉnh nhiễu xạ X-Ray tương ứng với mặt phản xạ.
2 18,6o 36,1o 37,8o 43,8o 48,1o 58,1o 63,8o 67,1o Mặt phản xạ (111) (311) (222) (400) (331) (511) (440) (531)
Để tính hằng số mạng của tinh thể, chúng tôi sử dụng công thức: 2 2 2 2 2 2 hkl 1 h k l d a b c Nếu chọn mặt (111) thì: 2 111 1 3 3 d a a a = 3d111 d111= 4,747 a = 8,22204 Å.
Kết quả trên cho thấy, thông số mạng hoàn toàn phù hợp với dữ liệu trong thƣ viện (a = 8,2476 Å).
Hình 3.2 mô tả giản đồ nhiễu xạ tia X qua bột của các mẫu LiMn2O4 sau khi ủ ở 6000
C và đƣợc nghiền bằng máy nghiền Retsch với tốc độ 400 vòng/phút trong 4 giờ. Từ giản đồ XRD hình 3.1 và hình 3.2, chúng ta thấy vị trí các đỉnh nhiễu xạ không thay đổi. Quá trình nghiền chỉ làm thay đổi cƣờng độ và độ rộng của các đỉnh nhiễu xạ. Các đỉnh đặc trƣng xuất hiện mạnh tại các góc 2θ, tƣơng ứng với các mặt phản xạ đƣợc chỉ ra trong bảng 3.1. Điều này chứng tỏ cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu LiMn2O4 không có gì thay đổi. Quá trình nghiền và ủ nhiệt ở 6000C sau đó chỉ làm thay đổi kích thƣớc hạt tinh thể và kích thƣớc hạt vật liệu, không làm thay đổi thành phần pha của mẫu.
Để tính kích thƣớc trung bình hạt tinh thể của mẫu, chúng tôi sử dụng công thức Scherrer: 0,9 D cos Trong đó: - bƣớc sóng tia X sử dụng ( = 1,5406 Å); - độ bán rộng; - góc nhiễu xạ.
32 Việc tính toán đƣợc thực
hiện đối với bốn đỉnh nhiễu xạ ở các vị trí ứng với góc nhiễu xạ 2 = 18,6o; 2 = 36,1o; 2 = 43,8o và 2 = 63,7o. Kết quả tính toán nhận đƣợc kích thức hạt tinh thể có giá trị khoảng 17 nm.
Hình 3.3 cho thấy ảnh SEM của các mẫu bột LiMn2O4 đƣợc nghiền bởi máy
nghiền Retsch trong thời gian 4 giờ và ủ nhiệt ở 6000C trong 1 giờ. Từ ảnh SEM chúng ta có thể nhận thấy kích thƣớc hạt vật liệu nằm trong khoảng từ 50nm đến 100nm.
Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu LiMn2O4 sau nghiền lần 2 và
ủ nhiệt ở 6000
C trong 1 giờ.
33
So sánh kích thƣớc trung bình của hạt tính bằng công thức Scherrer với kích thƣớc ƣớc lƣợng từ ảnh SEM ta thấy có sự sai khác đáng kể. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: tia X có bƣớc sóng cỡ Å nên tia X có thể xuyên sâu vào mẫu và phản ánh cấu trúc tinh thể của vật liệu. Trong khi đó, phép đo ảnh SEM, chùm tia chỉ quét trên bề mặt vật liệu nên ảnh SEM chỉ phản ánh hình thái, cấu trúc bề mặt và phản ánh tƣơng đối kích thƣớc hạt.
Vậy bằng phƣơng pháp phản ứng pha rắn, chúng tôi đã chế tạo thành công vật liệu LiMn2O4 có dạng đơn pha, có cấu trúc tinh thể lập phƣơng, thuộc nhóm không gian Fd3m, có độ đồng nhất cao và có kích thƣớc hạt cỡ nanomet.