5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.3.2. Phổ nhiễu xạ ti aX (XRD = X-ray Diffraction)
Bản chất vật lý của tia X là bức xạ sóng điện từ vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Tia X được truyền đi trong không gian với tốc độ ánh sáng và mang năng lượng từ 200eV đến 1 MeV và được xác định theo phương trình:
E = h = hc/λ Trong đó: là tần số của bức xạ tia X, Hz
λ là bước sóng của bức xạ tia X, Å (từ 102 đến 10-2 Å) c là số tốc độ ánh sáng, c= 2,998 x 108 m/s
h là hằng số Plank, h= 4,136 x 10-15 eV.
Hình 2.6. Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể
Cơ sở của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào hiện tượng nhiễu xạ của chùm tia X trên mạng lưới tinh thể. Khi bức xạ tia X tương tác với vật chất sẽ tạo hiệu ứng tán xạ đàn hồi với các điện tử của các nguyên tử trong vật liệu có cấu trúc tinh thể, sẽ dẫn đến hiện tượng nhiễu xạ tia X [5].
Mối liên hệ giữa khoảng cách hai mặt nhiễu xạ (hkl) song song (dkhông gian), góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ () với bước sóng () được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf – Bragg : 2dhklsin = n
Đây là phương trình cơ bản để nghiên cứu cấu trúc tinh thể. Căn cứ vào cực đại nhiễu xạ trên giản đồ (giá trị 2) có thể suy ra d theo công thức trên. So sánh giá
trị d tìm được với giá trị d chuẩn sẽ xác định được cấu trúc mạng tinh thể chất cần nghiên cứu.
Kích thước của hạt tính theo phương trình Scherrer như sau: 1 os K Dc (2)
Trong đó K = 0,9, là bước sóng của tia X (trong trường hợp này = 0,154 nm)
1 là độ rộng bán phổ, là góc phản xạ.
2.3.3. Phổ quang điện tử tia X (XPS = X-ray Photolectron Spectroscopy)
Kỹ thuật phổ điện tử quang tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy-XPS) sử dụng các photon để ion hóa các nguyên tử bề mặt, đồng thời thu nhận và đo năng lượng các điện tử quang phát bật ra. Trong kỹ thuật này bề mặt mẫu được bắn phá bởi tia X năng lượng thấp từ nguồn nhôm hoặc magie trong đó sử dụng peak K. Đôi khi các photon năng lượng thấp hơn hoặc cao hơn được sử dụng như photon phát ra từ bia silic và các nguồn cực tím trong phổ điện tử quang cực tím (Ultraviolet Photonelectron Spectroscopy-UPS). Hình 2.1 minh họa quá trình phát xạ điện tử quang XPS và UPS khi bề mặt mẫu được bắn phá bởi các photon năng lượng Ex=h và điện tử bật ra từ lớp điện tử hóa trị hoặc từ lớp điện tử trong cùng.
Năng lượng E của lớp này được cho bởi biểu thức:
E=h-Eb-
Trong đó là tần số của photonEb là năng lượng liên kết điện tử, là công thoát của điện tử.
Ứng dụng chính của phổ điện tử quang tia X là để nghiên cứu có thể phát sinh ở vài lớp ngoài cùng của bề mặt vật liệu.