Để xác định chất lượng và cấu trúc của các mẫu nghiên cứu chúng ta tiến hành đo nhiễu xạ bột tia X (XRD). Sau khi tạo được các mẫu theo đúng hợp phần danh định, lấy một lượng nhỏ mẫu đem nghiền thành bột có kích thước cỡ 50 ÷ 100 μm để chuẩn bị đo XRD.
Hình 3.5. Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của phương pháp nhiễu xạ tia X
Nhiễu xạ bột tia X là phương pháp sử dụng với các mẫu là đa tinh thể, đó là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác định cấu trúc tinh thể
20
Bộ phận chính của nhiễu xạ kế tia X là: nguồn tia X, mẫu, detector tia X. Chúng được đặt nằm trên cùng một vòng tròn. Góc giữa mặt phẳng mẫu và tia X tới là góc θ, góc giữa phương chiếu tia X và tia nhiễu xạ là 2θ (Hình 3.5). Người ta sẽ quay mẫu và quay đầu thu chùm nhiễu xạ (detector) trên đường tròn, ghi lại cường độ chùm tia phản xạ và ghi phổ nhiễu xạ bậc 1 (n = 1). Phổ nhiễu xạ là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào hai lần góc nhiễu xạ (2θ).
Nguyên lý chung của phương pháp nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc tinh thể là dựa vào ảnh hưởng khác nhau của kích thước tinh thể lên phổ nhiễu xạ. Trong mỗi tinh thể, vị trí của nguyên tử được sắp xếp thành những mặt phẳng Bragg. Đối
với mặt phẳng Bragg, tia X tuân theo định luật phản xạ. Nếu dhkl là khoảng cách
giữa hai mặt Bragg thì khoảng cách giữa hai tia phản xạ là 2dhkl sin. Hiện tượng giao thoa xảy ra khi khoảng cách này là một số nguyên lần bước sóng, tức là:
2dhkl sin = n (3.2)
Trong đó:
dhkl là khoảng cách giữa hai mặt phản xạ có chỉ số mặt tinh thế là (hkl). θ là góc phản xạ (góc tia X tới hợp với mặt tinh thể đang xét).
λ là bước sóng của tia X.
n = 1, 2, 3… được gọi là bậc phản xạ.
Tập hợp các cực đại nhiễu xạ Bragg dưới các góc 2θ khác nhau có thể ghi nhận được bằng cách sử dụng detector. Giai đoạn phân tích cấu trúc tinh thể đặc trưng của các mẫu trong luận văn này chủ yếu được thực hiện bằng cách sử dụng tia X bằng phương pháp nhiễu xạ bột (XRD) được trang bị một máy phát hiện nhạy sử dụng bức xạ Cu - K có bước sóng λ = 1,540598 Å. Phân tích phổ nhiễu xạ tia X bằng phần mềm Rietveld thông qua cấu trúc lập phương NaZn13 cho phép xác định
được chỉ số (hkl) của các đỉnh trong phổ nhiễu xạ tia X.
Phổ nhiễu xạ thu được trên mẫu bột được so sánh với phổ nhiễu xạ tia X của cấu trúc lập phương NaZn13. Sự so sánh này cho phép xác định cấu trúc tinh thể là đơn pha hay đa pha và xác định được các hằng số mạng. Hệ mẫu La1-(Fe0,845Si0,155)13 có cấu trúc lập phương loại NaZn13 nên mối liên hệ giữa hằng
21
số mạng (a) với khoảng cách giữa các mặt tinh thể (dhkl) như sau:
2 2 2 2 2 1 a l k h d (3.3)
Từ biểu thức trên ta có thể tính được giá trị hằng số mạng a của tính thể
a2 = (h2 + k2 + l2) (3.4)
Hằng số mạng a của tinh thể sẽ là giá trị trung bình của các kết quả tính với các dhkl
khác nhau.