Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
2.1.Phương phỏp nhiễu xạ ti aX để khảo sỏt thành phần pha và kớch thước hạt trung bỡnh [11,18]
kớch thước hạt trung bỡnh [11,18]
Nguồn phỏt tia X: Tia X dựng trong nghiờn cứu cấu trỳc cú bước súng ~1Å. Tuỳ thuộc vào bản chất của kim loại làm anốt mà tia X cú năng lượng khỏc nhau tức cú bước súng khỏc nhau, chẳng hạn như với anot gằng đồng kim loại, λCu (Kα) = 1,54056Å.
Tinh thể cú cấu trỳc trật tự theo ba chiều với tớnh tuần hoàn đặc trưng dọc theo cỏc trục tinh thể học. Khi một chựm tia X chiếu vào tinh thể, trờn đường đi nú sẽ làm cho cỏc điện tử dao động cựng tần số với tia tới. Những điện tử bị kớch thớch này hấp thụ một phần năng lượng của bức xạ tia X. Núi chung, cỏc súng này triệt tiờu lẫn nhau, nhưng trong vài hướng nhất định chỳng cựng pha nờn tăng cường lẫn nhau, tạo nờn hiệu ứng giao thoa gõy ra nhiễu xạ. Khi chiếu một chựm tia X đơn sắc lờn hạt tinh thể, ứng với một bước súng, tia X sẽ phản xạ từ một họ mặt mạng trong những điều kiện nhất định. Vớ dụ, chựm tia X chiếu vào tinh thể, tạo với mặt tinh thể một gúc θ, khoảng cỏch giữa cỏc mặt là d.
Hỡnh 2.1. Nhiễu xạ tia X theo mụ hỡnh Bragg.
p θ θ θ θ S T dhkl N1 N2 M1 M2
Độ dài súng λ và gồm cỏc tia song song ( hai tia M1PN1 và M2QN2 ) cho nờn chỳng giao thoa với nhau nếu hiệu số đường đi của chỳng bằng một số nguyờn lần độ dài súng :
M2QN2 – M1PN1 = nλ với n nguyờn. (1) Mặt khỏc từ quan hệ hỡnh học ta cú :
M2QN2 – M1PN1 = SQ + QT = 2SQ =2dsinθ.(2)
Từ (1) và (2) ta cú : 2dsinθ = nλ (n gọi là bậc phản xạ, n =1,2,3….). Phương trỡnh trờn được gọi là phương trỡnh Bragg-Vulf.
Phương trỡnh này mụ tả điều kiện phản xạ. Nú là phương trỡnh cơ bản trong nghiờn cứu cấu trỳc tinh thể bằng tia X.
Kĩ thuật nhiễu xạ tia X cung cấp một số thụng tin chủ yếu đối với mẫu vật liệu nghiờn cứu như: Sự tồn tại cỏc pha định tớnh, định lượng, hằng số mạng tinh thể, kớch thước mạng tinh thể, sự kộo căng micro, sự kộo căng trong giới hạn mạng tinh thể do khuyết tật trong mạng tinh thể gõy ra. Thờm vào đú sử dụng kĩ thuật Fourier phõn tớch hỡnh dạng của pic thu được sự phõn bố kớch thước của cỏc vi tinh thể.
*Sự tồn tại pha định tớnh, định lượng được nhận dạng chủ yếu dựa vào vị trớ, cường độ, diện tớch thu được từ nhiễu xạ nghiờng.
* Hằng số mạng của tinh thể: trờn cơ sở cỏc giỏ trị d thu được từ phổ nhiễu xạ tia X ta tớnh được hằng số mạng của hạt tinh thể thụng qua cỏc biểu thức :
Hệ lập phương =
Trong đú : h, k, l là chỉ số Miller của họ mặt mạng. dhkl ( 0
A) là khoảng cỏch giữa hai mặt mạng kề nhau trong họ mặt mạng trờn, được xỏc định trờn phổ nhiễu xạ tia X. a, b, c là cỏc thụng số mạng cần xỏc định.
Kớch thước hạt tinh thể thu được từ nhiễu xạ tia X được tớnh theo cụng thức Scherrer:
r = .
Trong đú: λ(A0 ): độ dài bước súng tia X khi dựng anot Cu; K ≈ 0,9.
r: là kớch thước hạt tinh thể ( A0 ). Bsize(radian): bề rộng tại một nửa chiều cao của pic gõy ra bởi kớch thước hạt tinh thể. θB là gúc Bragg.
Cần chỳ ý rằng bề rộng tại một nửa chiều cao của pic, FWHM, chủ yếu gõy ra bởi hai yếu tố là kớch thước hạt tinh thể và sự kộo căng micro, sự kộo căng trong giới hạn mạng tinh thể do khuyết tật trong mạng gõy ra.
FWHM = B = Bsize + Bstrain,
Trong đú, Bstrain (radian) là bề rộng tại ẵ chiều cao của pic gõy ra bởi sức căng micro. Bsize đúng gúp vào bề rộng cỏc pic là như nhau trong khi đú
Bstrain đúng gúp vào cỏc pic phụ thuộc vào gúc nhiễu xạ. Bstain = η tgθB với η là
sức căng.
Do đú, B ≈ Bsize + Bstain = kλ/tcosθB + ηtgθB → BcosθB ≈ kλ/t + ηsinθB. Đõy là phương trỡnh dạng y = ax + b, trong đú hệ số gúc của phương trỡnh a = η. Khi tiến hành nhiễu xạ nghiờng thu được tập hợp cỏc giỏ trị B và θB từ cỏc pic khỏc nhau, lập phương trỡnh đường thẳng trờn theo phương phỏp toỏn học thống kờ và xỏc định được cỏc giỏ trị η và tớnh được b, Bsize, Bstain, t.
Tuy nhiờn thực tế cho thấy sự đúng gúp của giỏ trị Bstrain và B khụng lớn, nờn một cỏch gần đỳng cú thể xem B = FWHM ≈ Bsize, và
t = .
Cỏc mẫu coban ferit được phõn tớch trờn mỏy SIEMENS D5005 của Đức tại Trung tõm Hoỏ vật liệu, Khoa Hoỏ - Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn..
+ Tốc độ 0,03o/giõy, 40 kv – 40 mA. + Anốt Cu, λCu (Kα) = 1,54056 Å.
+ Kớch thước hạt được tớnh toỏn theo phương trỡnh Scherre. t = K.λ/B.cosθ với t- kớch thước hạt tinh thể. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
B- FWHM- bề rộng tại ẵ chiều cao của pic. θ- Gúc Bragg ; 2θ /2.
K = 0,89.
a = dhkl (h2 + k2 + l2)1/2 ; h = 3 ; k = l = 1.