Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction – XRD) dựa trên cơ sở hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa khi chiếu chùm tia X lên tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Phương pháp nhiễu xạ tia X cung cấp trực tiếp những thông tin về cấu trúc tinh
thể của vật liệu. Từ giản đồ nhiễu xạ tia X, ta xác định được khoảng cách dhkl giữa hai mặt phẳng mạng (hkl) song song kế tiếp. Từ khoảng cách dhkl ta có thể suy ra được chỉ số Miller (hkl) của hệ mặt phẳng mạng. Qua đó, ta tính được hằng số mạng của tinh thể. Từ đó so với thẻ chuẩn ta sẽ xác định được các vật liệu chưa biết. Ngoài ra sử dụng giản đồ nhiễu xạ tia X ta có thể kiểm tra được sự đơn pha, độ tinh khiết, thành phần các chất có trong mẫu, kích thước tinh thể.
Trong phương pháp đa tinh thể, từ thực nghiệm ghi giản đồ nhiễu xạ tia X với bước sóng λ (bước sóng của ống phát tia X được sử dụng), chúng ta xác định được góc nhiễu xạ, do đó tính ra khoảng cách mặt mạng dhkl. Hằng số mạng a, b, c xác định từ d100, d010 và d001. Bảng tập hợp các dhkl cùng với cường độ nhiễu xạ có trong các tệp dữ liệu về cấu trúc tinh thể (Hiện nay trong phần mềm của thiết bị đã có sẵn các tệp tra cứu này), do đó chúng ta có thể so sánh đối chiếu các tập hợp dhkl nhận được từ thực nghiệm phù hợp với cấu trúc đã biết.
Phương pháp ghi giản đồ nhiễu xạ hoàn toàn có thể áp dụng để xác định kích thước hạt tinh thể trong màng mỏng (hay trong vật liệu nói chung). Đó là công thức Sherrer:
𝐷 = 0,9. 𝜆
𝛽. 𝑐𝑜𝑠𝜃
trong đó:
• D là kích thước hạt tinh thể,
• β là độ rộng (tính theo radian) của đỉnh nhiễu xạ tại 1/2 chiều cao của đỉnh (độ rộng bán đỉnh),
• θ là góc nhiễu xạ,
• λ là bước sóng tia X sử dụng.
Từ công thức trên chúng ta nhận thấy đối với tinh thể khối có cấu trúc càng hoàn hảo thì tất cả các đỉnh đều nhọn, độ rộng bán đỉnh thu hẹp. Nhiễu xạ tia X của màng mỏng thường cho các đỉnh không sắc nhọn như trong trường hợp tinh thể khối, còn màng mỏng cấu trúc nanô cho các đỉnh tương đối tù với cường độ nhiễu xạ không lớn. Nếu vật liệu không có cấu trúc tinh thể (dạng vô định hình) thì không ghi nhận được các cực đại. [3]
Trong luận án này, các mẫu đo nhiễu xạ tia X được thực hiện trên máy D8 Advance (Bruker) dùng bức xạ của Cu Kα, λ =1.5406 Å, khoảng quét 2q=10-70o, tốc độ quét 0,05o/phút. Thiết bị đo được đặt ở Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.