C ềơ ks ỡ
222 3 Cb xy ú bằ 3-mercaptopropionic acid
2.3.3. Nhiễu xạ ti a
Chỳng tụi đó sử dụng phƣơng phỏp nhiễu xạ tia X trờn bột đa tinh thể để nhận dạng pha kết tinh của cỏc chấm lƣợng tử. Giản đ nhiễu xạ tia X là giản đ của mối quan hệ giữa cƣờng độ I và g c 2θ. Một tinh thể đƣợc cấu tạo từ một mạng đều đ n cỏc nguyờn tử c thể tạo nờn một ―cỏch tử nhiễu xạ‖ dựng cho tia X do bƣớc s ng của tia X vào c h ng số mạng tinh thể . Khi một chựm tia X đi vào mạng tinh thể dƣới một g c θ so với m t tinh thể trựng với một m t của họ m t mạng nào đ của tinh thể c khoảng cỏch giữa cỏc m t là d , chựm tia X sẽ tƣơng tỏc với cỏc điện tử lớp v nguyờn tử và bị tỏn xạ theo mọi hƣớng. Do cỏc nguyờn tử trong tinh thể sắp xếp một cỏch c quy luật, tuần hoàn vụ hạn trong khụng gian nờn c những hƣớng theo đ cỏc tia tỏn xạ từ cỏc nguyờn tử khỏc nhau c thể giao thoa với nhau. Chựm tia tỏn xạ theo hƣớng ƣu tiờn là những s ng kết hợp khi ch ng chất lờn nhau sẽ c biờn độ t ng cƣờng lẫn nhau. Để võn giao thoa c biờn độ t ng cƣờng, hiệu số pha của cỏc s ng đ phải b ng số chẵn lần π 2nπ , hay hiệu số đƣờng đi phải là số nguyờn lần bƣớc s ng nλ . Từ đ c mối quan hệ giữa bƣớc s ng của chựm tia X tới với khoảng cỏch d giữa cỏc m t mạng hkl và g c θ th a món điều kiện cực đại nhiễu xạ là:
2d(hkl)sinθ = nλ (2.1)
với n = 1, 2, 3,... là bậc nhiễu xạ. Đ là điều kiện Bragg mà nguyờn tắc của phƣơng phỏp nhiễu xạ tia X đƣợc thiết lập dựa trờn điều kiện này.
Phƣơng trỡnh trờn g m 3 thụng số: d(hkl), θ, và λ. B ng thực nghiệm với cỏc mỏy nhiễu xạ, ta c thể tỡm đƣợc cỏc g c θ ứng với cực đại nhiễu xạ, với λ đó biết, ta hoàn toàn c thể tớnh đƣợc d(hkl), từ đ xỏc định đƣợc kiểu ụ mạng, thụng số mạng, xỏc định pha của tinh thể... Để thực hiện cỏc điều kiện nhiễu xạ trờn một họ cỏc m t phẳng hkl , khi λ cố định, θ thay đổi, ngƣời ta thƣờng dựng phƣơng phỏp bột và
phƣơng phỏp tinh thể quay. Ta sẽ quan sỏt thấy ảnh nhiễu xạ của chựm tia phản xạ từ một họ m t phẳng song song nào đ khi định luật Bragg đƣợc th a món. Tuy nhiờn, nếu lƣợng chất cần nghiờn cứu trong mẫu là quỏ nh , thỡ cũng khụng thể phỏt hiện đƣợc sự c m t của n trong mẫu b ng phƣơng phỏp này. Do vậy, để nhận dạng đƣợc pha tinh thể của cỏc chấm lƣợng tử chế tạo trong cỏc điều kiện khỏc nhau và c cỏc kớch thƣớc khỏc nhau, chỳng tụi vẫn cần phải chế tạo ra chỳng với một lƣợng đủ lớn để dựng cho phộp đo nhiễu xạ tia X này.
Trong nghiờn cứu của bản luận ỏn, chỳng tụi đó sử dụng thiết bị nhiễu xạ tia X Siemen D5005 với vạch K của Cu = 1,5406 Å , cụng suất tia X c 750 W .
Giản đ nhiễu xạ I 2θ đƣợc tạo thành từ cỏc đỉnh tƣơng ứng với m t phản xạ hkl ; vị trớ của cỏc đỉnh theo trục x là giỏ trị của g c 2θ; diện tớch của chỳng đo đƣợc ở phớa trờn phụng nền t lệ với cƣờng độ I hkl . Phƣơng phỏp đo này cho ta một dẫy cỏc giỏ trị thực nghiệm dthực nghiệm liờn quan tới cƣờng độ cỏc vạch Ithực
nghiệm. Dóy giỏ trị dthƣc nghiệm, Ithực nghiệm này đ c trƣng cho một loại mạng tinh thể, trong đ t lệ về cƣờng độ của cỏc giỏ trị Ithực nghiệm quan trọng nhất thỡ đ c trƣng cho cấu trỳc. Để nhận diện pha tinh thể của một chất, ngƣời ta so sỏnh số lƣợng vạch, vị trớ vạch và cƣờng độ của cỏc vạch nhiễu xạ tia X đo đƣợc b ng thực nghiệm, so với số liệu chuẩn của từng chất chuẩn đó c trờn cỏc phiếu JCPDS- ICDD, c trong thƣ viện số liệu tinh thể PDF Powder Diffraction Files .
Nhỡn chung, cỏc vạch nhiễu xạ tia X từ cỏc mạng tinh thể là cỏc vạch h p, tuy nhiờn, khi kớch thƣớc của cỏc hạt giảm < 100 nm, thỡ kớch thƣớc nm xỏc định của tinh thể sẽ gõy ảnh hƣởng đỏng kể đến độ rộng vạch nhiễu xạ tia X. Khi kớch thƣớc hạt giảm, cỏc vạch nhiễu xạ quan sỏt đƣợc mở rộng một cỏch đỏng kể. Điều này do kớch thƣớc xỏc định của tinh thể. Do vậy, nếu c sự mở rộng của vạch nhiễu xạ trờn giản đ thỡ nguyờn nhõn chủ yếu là do kớch thƣớc của hạt. Kớch thƣớc hạt c thể đƣợc đỏnh giỏ từ độ rộng của vạch nhiễu xạ tƣơng ứng với m t phẳng phản xạ (hkl) thụng qua cụng thức Scherrer. Ngu n gốc của sự mở rộng vạch nhiễu xạ do kớch thƣớc nh c thể hiểu đƣợc qua việc xem xột hiệu ứng nhiễu xạ từ một số hữu hạn m t phẳng. Độ bỏn rộng của vạch nhiễu xạ, hkl, đối với đỉnh nhiễu xạ tại g c
2θ đƣợc cho bởi cụng thức: 0,89 cos
hkl
D
, đõy là cụng thức Sherrer cho hạt hỡnh cầu, D là đƣờng kớnh hạt nano tinh thể, hkl là độ bỏn rộng của vạch nhiễu xạ trung cầu, D là đƣờng kớnh hạt nano tinh thể, hkl là độ bỏn rộng của vạch nhiễu xạ trung tõm, là bƣớc s ng tia X. Chỳng ta c thể dựng cụng thức này để tớnh kớch thƣớc của nano tinh thể. Hỡnh 2.12 là sơ đ nguyờn lý của hệ đo.
Hỡnh 2.12.Sơ đồ nguyờn lý hệ đo nhiễu xạ tia X .