Chương 1 TỔNG QUAN
2.4. Các phương pháp phân tích vật liệu
2.4.2. Nhiễu xạ tia X( XRD)
Nguyên lý chung của nhiễu xạ tia X: chiếu chùm tia X đơn sắc vào tinh thể, khi đó các nguyên tử trở thành tâm phát sóng thứ cấp. Các sóng thứ cấp này giao thoa với nhau. Những sóng đồng pha sẽ tăng cường cho nhau về biên độ trong khi những sóng lệch pha sẽ triệt tiêu nhau. Kết quả là ta sẽ thu được các ảnh nhiễu xạ với các đỉnh cực đại và cực tiểu. Hình ảnh giao thoa này phụ thuộc vào cấu trúc pha tinh thể. Do đó phân tích hình ảnh phổ nhiễu xạ tia X của một mẫu sẽ cho phép ta xác định được cấu trúc pha của vật liệu.
Theo Wulf – Bragg , điều kiện để có cực đại nhiễu xạ tia X là các tia phản xạ từ các mặt phẳng liên tiếp phải cùng pha hay hiệu đường đi phải bằng số ngun lần bước sóng (Hình 2.3). Phương trình Bragg xác định điều kiện nhiễu xạ:
2 ℎ = (2.1)
trong đó: d là khoảng cách mặt phẳng mạng; n = 1, 2, 3… số bậc phản xạ; : góc tới; λ là bước sóng bức xạ tia X tới. Kích thước hạt tinh thể trong mẫu được tính theo cơng thức Scherrer với điều kiện các hạt tinh thể đủ nhỏ để xảy ra hiệu ứng mở rộng vạch phổ nhiễu xạ.
= 0.9 (2.2)
cos
Trong đó: D là kích thước hạt trung bình (nm), là bước sóng tia X, là độ rộng nửa vạch phổ của pick cực đại (rad), là góc tại pick cực đại.
Mặt phẳng nguyên tử
Về mặt định lượng, dựa trên những đỉnh có mặt phổ nhiễu xạ ta có thể xác định được hằng số mạng a, b và c của tinh thể lục giác theo công thức:
1 4 ℎ2+ℎ + 2 2
= ( ) + (2.3)
2 3 2 2
ℎ
Với phép đo nhiễu xạ tia X, để có được hình ảnh nhiễu xạ, mẫu đo được đặt trên một giá mẫu và có thể xoay để thay đổi góc của chùm tia tới (θ) đến mẫu, chùm tia nhiễu xạ đi ra từ mẫu được thu bằng detector có vị trí góc là 2θ (chế độ qt θ/2θ) (Hình 2.4). Tuy nhiên, trong một số thiết bị mẫu được giữ cố định trong quá trình quét trong khi nguồn tia X và detector đồng thời quay đi cùng một góc θ.
Hình 2.4. Sơ đồ cấu hình của một máy nhiễu xạ tia X ở chế độ quét θ/2θ.
Việc nghiên cứu phân tích các cực đại nhiễu xạ dưới góc 2θ khác nhau sẽ cho thông tin về cấu trúc tinh thể (kiểu ô mạng, hằng số mạng…), thành phần pha của mẫu và nhiều thông tin khác nhau của mẫu đo. Trong luận văn, các mẫu bột sau khi chế tạo được ghi giản đồ XRD tại nhiệt độ phòng trên hệ nhiễu xạ tia X D5000 của hãng SIEMENS đặt tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.