7. Cấu trúc của khóa luận
3.1. Đặc trƣng cấu trúc của vật liệu 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).
Hình 3.1 cho thấy giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu LiMn2O4nhận đƣợc sau thiêu kết ở 900 oC trong 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.
29 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 600 oC và đƣợc nghiền bằng máy nghiền Retsch với tốc độ 400 vòng/phút trong 1 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 600 oC 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.
30
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: Ảnh SEM của vật liệu LiMn2O4
Hình 3.4. Ảnh SEM của điện cực LiMn2O4 pha 5% CNTs Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu LiMn2O4sau nghiền lần 2 và
ủ nhiệt ở 600 o
31
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 600 oC trong 1 giờ. Từ ảnh SEM chúng ta có thể nhận thấy kích thƣớc hạt vật liệu nằm trong khoảng từ 50 đến 100 nm.Trên hình 3.4 là ảnh SEM của bột LiMn2O4 pha trộn 5% CNTs. Có thể nhận thấy rằng CNTs đã phân bố khá đồng đều giữa các hạt LiMn2O4 và các sợi CNTs đóng vai trò cầu dẫn của điện tử giữa các hạt LiMn2O4. Điều này cho phép làm tăng đáng kể độ dẫn điện tử của điện cực.
Vậy, bằng phƣơng pháp phản ứng pha rắn, chúng tôi đã chế tạo thành công vật liệu LiMn2O4có 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 nanomét.