M ỤC LỤC
2.2.1.1. Nhiễu xạ tia Rơnghen (X-Ray Diffraction – XRD)
Ứng dụng: phương pháp phổ nhiễu xạ tia X được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật liệu. Ngoài ra phương pháp này còn có thể ứng dụng để xác định động học của quá trình chuyển pha, kích thước hạt và xác định trạng thái đơn lớp bề mặt của xúc tác oxit kim loại trên chất mang.
Nguyên tắc: theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy định xác định. Khi chùm tia Rơnghen tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ hình 15.
Hình 15. Máy XRD và sơ đồ các tia X phản xạ trên tinh thể. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào phương trình
Vulf-Bragg nλ = 2 d.sinθ Trong đó: n – bậc nhiễu xạ (n là số nguyên)
λ – bước sóng của tia X
d – khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể θ – góc giữa tia tới và mặt phẳng phản xạ
Với mỗi nguồn tia X có λ xác định, khi thay đổi góc tới θ, mỗi vật liệu có giá trị d đặc trưng. So sánh giá trị d này với d chuẩn sẽ xác định được cấu trúc mạng tinh thể của chất nghiên cứu.
Khi các xúc tác oxit kim loại ở trạng thái đơn lớp bề mặt, các oxit kim loại tồn tại ở trạng thái vô định hình. Vì vậy trạng thái đơn lớp bề mặt của các xúc tác oxit kim loại trên chất mang được xác định trên phổ XRD không có các peak đặc trưng cho sự có mặt tinh thể oxit kim loại hoạt động.
Khi chuyển sang trạng thái đa lớp bề mặt, trên bề mặt xúc tác sẽ xuất hiện các tinh thể của kim loại, do vậy khi đó trên phổ XRD sẽ xuất hiện các peak đặc trưng cho sự có mặt của tinh thể oxit kim loại.
Có nhiều phương pháp ghi các tia X nhiễu xạ như: phương pháp dùng phim ảnh, giấy ảnh hay kính ảnh, phương pháp dùng các thiết bị kiểu máy đếm, phương pháp dùng tinh thể thể hiện hiệu ứng quang electron,… Có hai phương pháp để nghiên cứu cấu trúc bằng tia X:
- Phương pháp bột: khi mẫu nghiên cứu là bột tinh thể, gồm những vi tinh thể nhỏ li ti.
- Phương pháp đơn tinh thể: khi mẫu gồm những đơn tinh thể có kích thước đủ lớn, thích hợp cho việc nghiên cứu.
Từ hình ảnh nhiễu xạ ghi nhận được ta biết cấu trúc của mẫu, thành phần pha, thành phần hóa học của mẫu.
Trong báo cáo này thành phần pha hóa học của mẫu vật liệu LaFeO3 được đo bằng thiết bị nhiễu xạ tia X – D5000 – ghi giản đồ nhiễu xạ, phân tích pha và cấu trúc tinh thể đặt tại phòng nghiên cứu viện khoa học công nghệ việt
nam Đ/c: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam.
Thiết bị Nhiễu xạ tia X - D5000 do hãng SIEMENS, CHLB Đức sản xuất. Nhiễu xạ tia X được dùng trong việc:
- Phân tích định tính, bán định lượng các pha tinh thể.
- Phân tích cấu trúc và xác định các giá trị hằng số mạng tinh thể.
- Xác định kích thước hạt tinh thể và phân bố hạt cho các tinh thể có kích thước cỡ nm.
Đặc tính:
- Bức xạ tia X: Cu ka, l = 1,54056.
- Thiết bị có hai loại đầu thu: đầu thu bán dẫn Si(Li) và đầu thu nhấp nháy. - Đo trên các mẫu dạng khối, bột, màng mỏng.
- Khảo sát In-situ trong nhiệt độ cao (25oC-1400oC), trong các môi trường: chân không, không khí, O2, Ar và N2.
Giới hạn đo:
- Khoảng một vài % khối lượng cho phân tích pha tinh thể (tuỳ theo vật liệu). - Chính xác đến 10-3 cho kết quả xác định hằng số mạng.
- Xác định được kích thước hạt tinh thể khoảng vài nm đến ≤ 100nm. - Góc quét: 0,2ođến 150o.
- Sai số nhiệt độ trong khảo sát In-situ: ±1o
C.