6. Dự kiến kết quả nghiên cứu:
2.2.3. Một số phương pháp đặc trưng
2.2.3.1. SE M ( Kính hiển vi điện tử quét )
SEMPA (Kính hiển vi điện tử quét có phân tích phân cực: Scanning Electron Microscopy with Polarisation Analysis) là một chế độ ghi ảnh của SEM mà ở đó, các điện tử thứ cấp phát ra từ mẫu sẽ được ghi nhận nhờ một detector đặc biệt có thể tách các điện tử phân cực spin từ mẫu, do đó cho phép chụp lại ảnh cấu trúc từ của mẫu.
♦♦♦ Nguyên lý:
Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường...), sau đó được tăng tốc. Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn. Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện SVTH: ĐOÀN THẾ BẢO
thông qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm:
- Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.
- Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là chùm điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản thành phần hóa học. Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực điện tử).
♦♦♦ Ưu điểm:
Mặc dù không thể có độ phân giải tốt như kính hiển vi điện tử truyền qua nhưng kính hiển vi điện tử quét lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp. Một điểm mạnh khác của SEM là các thao tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ sử dụng. Một điều khác là giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều so với TEM.
Hình 2.14. M áy đo SEM 2.2.3.2. XRD (Phương pháp nhiễu xạ tia X )
Cơ sở của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào hiện tượng nhiễu xạ của chùm tia X trên mạng lưới tinh thể. Khi bức xạ tia X tương tác với vật chất sẽ có hiệu ứng tán xạ đàn
hồi với các điện tử của các nguyên tử trong vật liệu có cấu trúc tinh thể sẽ dẫn đến hiện tượng nhiễu xạ tia X.
Hiện tượng nhiễu xạ tia X chỉ xảy ra với 3 điều kiện sau: + Vật liệu có cấu trúc tinh thể.
+ Có tán xạ đàn hồi.
+ Bước sóng X của tia X phải có giá trị cùng bậc với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể.
Chiếu chùm tia X lên mạng lưới tinh thể, mỗi nút mạng tinh thể trở thành trung tâm nhiễu xạ. Các tia tới và tia phản xạ giao thoa với nhau hình thành lên các vân sáng và vân tối xen kẽ nhau. Các cực đại nhiễu xạ (vân sáng) được xác định theo phương trình Bragg:
nl= 2dsinq Trong đó: l: bước sóng tia X.
d: là khoảng cách giữa 2 mặt phang tinh thể kế tiếp trong họ các mặt phẳng tinh thể (hkl) (m).
q: là góc giữa tia tới (hoặc tia phản xạ) và mặt phản xạ (độ). n: bậc phản xạ và là số nguyên dương.
Với nguồn phát tia X, để nhận được hình ảnh rõ nét về cấu trúc của vật liệu đòi hỏi tia X càng gần đơn sắc càng tốt. ồng phát tia X và các bộ phận điện tử phụ trợ tạo ra chùm tia X trong khoảng tần số giới hạn có cường độ lớn. Các bộ lọc gương Gobel, các bộ phận phụ trợ và các phần mềm điều khiển cho phép tạo được chùm tia đơn sắc có tần số thích hợp phục vụ cho việc phân tích.
❖ Ứng dụng của phương pháp XRD - Xác định tính pha tinh thể
- Xác định định lượng hàm lượng pha tinh thể - Xác định các hằng số mạng của tinh thể - Xác định phân bố kích thước hạt
❖ Ưu - nhược điểm của phương pháp XRD - Tiến hành đo trong môi trường bình thường
- Chụp nhanh, chụp rõ nét (dựa trên một loại detector hiện đại có thể đếm tới 1 photon mà không có nhiễu và một thuật toán có thể phục hồi lại cả ảnh của mẫu.)
- Chụp được cấu trúc bên trong cho hình ảnh 3D và có thể chụp các linh kiện kích cỡ dưới 50 nm, cấu trúc nhiều lớp.
- Tốn kém chi phí.
2.2.3.3. IR (Phươngpháp hấp thụ bức xạ hồng ngoại )
FTIR: Fourrier Transformation InfraRed hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu. Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử. Phương pháp này cho phép phân tích với hàm lượng chất mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu trúc, định tính và cả định lượng. Có thể đạt độ nhạy rất cao ngay cả khi mẫu chỉ có bề dày cỡ 50 nm....
♦♦♦ Cơ sở lý thuyết [7]:
Cơ sở của phổ hồng ngoại là sự thay đổi trạng thái dao động - quay của phân tử hóa chất dưới tác dụng bức xạ hồng ngoại.
+ Vùng cận hồng ngoại: 0.75 pm - 2.5 pm + Vùng hồng ngoại: 2.5 pm - 50 pm + Vùng hồng ngoại xa: 50 pm - 1000 pm
Sử dụng nhiều nhất vùng hồng ngoại: 2.5 pm - 25 pm ( 4000 - 400 cm -1) các tần số này chứa tất cả các tần số dao động của các nối trong phân tử hóa chất.
♦♦♦ Nguyên tắc hoạt động [7]:
+ Khi phân tử hợp chất hữu cơ ‘‘va chạm” với chùm sống điện từ sẽ hấp thu một năng lượng tương ứng với bước sống xác định nào đó của tia tới và không hấp thu các chùm tia có bước sóng khác.
+ Nếu ta chiếu mẫu chất hữu cơ một sống điện từ với các bước sống khác nhau và sau đó xác định xem bước sóng nào bị hấp thu, bước sóng nào không thì ta sẽ có được một phổ hấp thu của mẫu đó.
+ Kết quả được biểu diễn bằng đồ thị của hàm số năng lượng sóng điện từ đi qua phụ thuộc vào bước sóng. Trục hoành biểu diễn bước sóng với đường nằm ngang ở trên đơn vị là pm; đường nằm ngang ở dưới đơn vị là sóng ( cm-1), trục tung là hệ số hấp thụ sóng điện từ có đơn vị là %.
♦♦♦ Ứng dụng của phổ IR [7]: + Nhận biết các chất + Xác định độ tinh khiết
+ Suy đoán về tính tương xứng của phân tử + Phân tích định lượng
CH Ư Ơ N G 3. K Ế T QUẢ VÀ TH Ả O LUẬN