7. Cấu trúc luận văn
2.2.3. Giản đồ nhiễu xạ ti aX (XRD)
- Nguyên tắc:
Phương pháp nhiễu xạ tia X dựa trên cơ sở sự tương tác giữa chùm tia X với cấu trúc mạng tinh thể. Khi chùm tia X đi tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng tinh thể thì mạng lưới này đĩng vai trị như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Trong mạng tinh thể, các nguyên tử hay ion cĩ thể phân bố trên các mặt phẳng song song với nhau. Khi bị kích thích bởi chùm tia X, chúng sẽ trở thành các tâm phát ra tia phản xạ.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp nhiễu xạ Rơnghen để nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể dựa vào phương trình Wulff-Bragg:
2dsin = n Trong đĩ n: bậc nhiễu xạ (n = 1, 2, 3...) : bước sĩng của tia X (nm)
d: khoảng cách giữa các mặt phẳng tinh thể : gĩc phản xạ
Hình 2.2. Sơ đồ sự phản xạ trên bề mặt tinh thể
Từ cực đại nhiễu xạ trên giản đồ XRD, gĩc 2 sẽ được xác định. Từ đĩ suy ra d theo hệ thức Wulf-Bragg. Mỗi vật liệu cĩ một bộ các giá trị d đặc trưng. So sánh giá trị d của mẫu phân tích với giá trị d chuẩn sẽ xác định được đặc điểm, cấu trúc mạng tinh thể của mẫu nghiên cứu. Để xác định kích thước tinh thể ở dạng bột nhưng khơng áp dụng đối với các hạt lớn hơn 0,1~0,2 mm, cơng thức liên hệ giữa kích thước hạt ở cấp hạt dưới micromet với độ rộng
bán phổ của một đỉnh trong mơ hình nhiễu xạ đã được Paul Scherrer đề xuất hay cịn được gọi là phương trình Scherrer:
K K cos (2 )cos Trong đĩ:
là kích thước trung bình của tinh thể, bằng hoặc nhỏ hơn kích thước hạt K là yếu tố hình dạng, khơng cĩ thứ nguyên và cĩ giá trị gần bằng phần tử đơn vị. Yếu tố hình dạng cĩ giá trị khoảng 0,9 nhưng thay đổi theo hình dạng thực tế của tinh thể;
λ là bước sĩng của tia X;
β là độ rộng bán phổ hay chiều rộng tại nửa cường độ cực đại (FWHM) cĩ đơn vị là radian. Đại lượng này cũng cĩ thể được ký hiệu là Δ(2θ);
θ là gĩc Bragg, đơn vị là độ.
Như vậy, phương pháp này được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể, đánh giá mức độ kết tinh và phát hiện ra pha tinh thể lạ trong vật liệu.
- Thực nghiệm: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu nghiên cứu được ghi trên máy D8 Advance Brucker, ống phát tia X bằng Cu với bước sĩng Kα = 1,540 Å, điện áp 30 kV, cường độ dịng ống phát 0,01 A. Mẫu được đo tại khoa Hĩa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội.