XRD ( X- ray diffraction) là ph−ơng pháp rất hiệu quả để nghiên cứu cấu trúc tinh thể và xác định kích th−ớc hạt của vật liệu.
Các đặc tr−ng tinh thể và thành phần pha của mẫu kết tủa ban đầu, mẫu kết tủa có từ tính, mẫu vật liệu tổ hợp nNiFe2O4 -TiO2 đ−ợc đo bằng ph−ơng pháp nhiễu xạ tia X trên máy Siemens D5005 tại trung tâm Khoa học vật liệu - Khoa Vật lý - ĐHKHTN - ĐHQGHN với bức xạ Cu Kα.
Nguyên tắc đo phổ nhiễu xạ tia X: Khi chùm tia Rontgen đơn sắc đi qua tinh thể sẽ bị tán xạ bởi các nguyên tử trong tinh thể. Các nguyên tử trở thành các tâm phát sóng cầu, các sóng này giao thoa với nhau. Cấu trúc tinh thể sẽ quyết định vị trí hình học cũng như cuờng độ của các cực đại giao thoa, nên mỗi cấu trúc sẽ có một
ảnh nhiễu xạ tia X đặc trưng. Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể cấu tạo từ những nguyên tử hay ion phân bố một cách tuần hoàn trong không gian theo quy luật xác định thể hiện ở các mặt nguyên tử (hkl) có các khoảng cách nhất định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong tinh thể cỡ vài Angstrom gần bằng b−ớc sóng tia X.
Máy nhiễu xạ tia X Sơđồ hình học thu các cực đại nhiễu xạ
tia X
Hình 3.10 Máy nhiễu xạ tia X
Detect Detect Vũng t ũ Mẫu Ngu Vị trớ b θ 2 θ 8 10 12 14 16 2 4
Nguyễn Kim Thanh ITIMS 2008 -2010 62 Khi chùm tia X tới đập vào bề mặt tinh thể và đi vào bên trong, mạng tinh thể đúng vai trò như một cách tử nhiễu xạđặc biệt. Các tia tán xạ từ các nguyên tử hay ion khác nhau có thể giao thoa với nhau. Các nguyên tử hay ion phân bố trên các mặt phẳng sóng nên hiệu quang lộ ∆L giữa hai tia tán xạ bất kỳđược xác định theo công thức sau:
∆L = 2dhkl .sinθ
Trong đó dhkl là khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song. θ là góc giữa chùm tia tới và mặt phản xạ.
Chùm tia tán xạ theo h−ớng −u tiên là những sóng có biên độ đ−ợc tăng c−ờng hay là các giao thoa cực đại. Khi đó các sóng phản xạ cùng pha với nhau hay hiệu quang lộ phải bằng số nguyên lần b−ớc sóng do đó:
2dhkl .sinθ = nλ
Đây là ph−ơng trình cơ bản Vulf-Bragg.
Dựa vào các cực đại nhiễu xạ trên giản đồ tìm đ−ợc góc 2θ thay vào công thức Vulf- Bragg tìm đ−ợc dhkl . So sánh các giá trị chuẩn sẽ xác định đ−ợc cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu
Kích thước hạt tinh thểở dạng cực nhỏ cỡ nanomet thu được từ nhiễu xạ tia X được tính theo công thức Scherrer:
e . . os siz B K r B c λ θ = Trong đó :
λ (Ǻ): Độ dài bước sóng tia X
Hình 3.11 Mặt phản xạ Bragg hν
dhkl θ
Nguyễn Kim Thanh ITIMS 2008 -2010 63 K ≈ 0.9, khi dùng anot Cu
r: là kích thước hạt tinh thể (Ǻ)
Bsize(radian): độ bán rộng của pic cực đại
θB: là góc nhiễu xạ tại pic cực đại.
Tuy nhiên công thức này chỉ xác định kích th−ớc hạt trung bình và chính xác với mẫu đơn tinh thể chứ không chỉ ra đ−ợc phân bố thực sự của kích th−ớc hạt tinh thể trong mẫu.