Mục đích của phương pháp nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc tinh thể, thành phần pha và kích thước trung bình của các hạt sơ cấp TiO2.
Nguyên tắc hoạt động của máy nhiễu xạ tia X dựa vào định luật phản xạ Bragg : 2dsinθ = nλ. B C O A 1 2 1 ' 2 ' d I I I Hình 7: Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể.
Xét hai mặt phẳng nút liên tiếp cùng họ mặt (hkl) cách nhau một khoảng d = dhkl. Nếu chiếu chum tia X với bước sóng λ (coi như đơn sắc) tạo với các mặt phắng này một góc θ. Hai sóng 1 và 2 sau khi phản xạ cho hai tia phản xạ 1’ và 2’, đây là hai song kết hợp (cùng tần số), hai tia này sẽ cho cực đại giao thoa khi hiệu quang trình giữa chúng bằng số nguyên lần bước song (nλ):
Tia 22’ – Tia 11’ = nλ
Mặt khác (Tia 22’ – Tia 11’) = CB + BD = 2CB = 2dsinθ
phương trình Vulf - Bragg
28 2dsinθ = nλ
Dựa vào vị trí và cường độ các peak nhiễu xạ trên giản đồ ghi được của mẫu để xác định thành phần pha, các thông số mạng lưới tinh thể, khoảng cách giữa các mặt phản xạ trong tinh thể. Đối với vật liệu TiO2, trên giản đồ nhiễu xạ tia X xuất hiện pick đặc trưng của pha anatase và rutile lần lượt ở góc Bragg là 12,680 và 13,730. Từ giản đồ nhiễu xạ tia X, người ta có thể tính được kích thước trung bình của các hạt TiO2 theo công thức Scherrer:
r=0.89cos⋅ λ
β ⋅ θ (1.30)
Trong đó : r− là kích thước hạt trung bình (nm). λ là bước sóng bức xạ Kα của anot Cu, bằng 0.154064 nm, β là độ rộng (FWHM) tại nửa độ cao của peak cực đại (radian),
θ là góc nhiễu xạ Bragg ứng với peak cực đại (độ).
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X ta cũng có thể tính được thành phần của các pha anatase và rutile trong mẫu TiO2 theo phương trình (1.15) [21]:
A R 1 1 0.8 = Ι + ⋅ Ι χ ; (1.31) Trong đó: χ là hàm lượng rutile (%), IA là cường độ nhiễu xạ của anatase ứng với mặt phản xạ (101), IR là cường độ nhiễu xạ của rutile ứng với mặt phản xạ (110).
Trong bản luận văn này, giản đồ XRD của các mẫu được ghi trên nhiễu xạ kế tia X D8- Advance 5005 (Hình 9), với tia Kα của anot Cu có λ = 0,154064 nm, nhiệt độ ghi 25oC, góc 2θ: 10÷70độ, tốc độ quét 0,030độ/s.
Hình 8: Nhiễu xạ kế tia X D8- Advance 5005 (CHLB Đức).