6. Cấu trỳc luận văn
2.3.4. Phương phỏp phổ phản xạ khuếch tỏn tử ngoại khả kiến (UV-
Diffuse Reflectance Spectroscopy)
Khi dũng ỏnh sỏng va đập vào mẫu rắn sẽ xuất hiện hai loại phản xạ: phản xạ gương và phản xạ khuếch tỏn. Phản xạ gương (specular refectance) liờn quan đến quỏ trỡnh phản xạ của dũng tia tới và tia phản xạ cú cựng gúc (như gương phẳng). Phản xạ khuếch tỏn (diffuse reflectance) liờn quan đến dũng tia tới phản xạ theo tất cả mọi hướng. Bức xạ phản xạ khuếch tỏn nằm ở vựng tử ngoại khả kiến hay vựng hồng ngoại cũn gọi là phổ phản xạ khuếch tỏn tử ngoại khả kiến (UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy) viết tắt là UV-Vis RS. ối với vật liệu hấp thụ ỏnh sỏng, khi dũng tia tới cú cường độ (Io) chiếu vào vật liệu hấp thụ đi qua một lớp mỏng cú độ dày là l, với hệ số hấp thụ k. ường độ (I) của tia lú được tớnh theo định luật hấp thụ Lambert Beer:I= I0 K XT
32
Khi kớch thước của hạt nhỏ hơn tiết diện ngang của dũng tia tới nhưng lớn hơn tương đối độ dài bước súng, sẽ xuất hiện sự giao thoa với cỏc bước súng khỏc, khi đú xảy ra hiện tượng nhiễu xạ. Trong vật liệu bột, cỏc hạt cú kớch thước như vậy định hướng ngẫu nhiờn theo cỏc hướng khỏc nhau, một phần của ỏnh sỏng tia tới sẽ đi trở lại bỏn cầu chứa nguồn tia sỏng. Hiện tượng phỏt sinh một cỏch tổng hợp gồm sự phản xạ, khỳc xạ, nhiễu xạ và hấp thụ bởi cỏc hạt định hướng một cỏch ngẫu nhiờn được gọi phản xạ khuếch tỏn, ngược với phản xạ gương trờn bề mặt biờn hạt. ối với trường hợp phản xạ khuếch tỏn lý tưởng, sự phõn bố gúc (angular distribution) của tia phản xạ phụ thuộc vào gúc tia tới và tuõn theo định luật Lambert osine. ịnh luật này phỏt biểu rằng sự giảm cường độ tia bức xạ trờn một đơn vị diện tớch bề mặt là tỉ lệ với cosin của gúc tia tới i và cosin của tia lú e. Nếu kớch thước của hạt tương tự hay nhỏ hơn bước súng thỡ sự tỏc động của sự phản xạ, khỳc xạ, nhiễu xạ vào cường độ và phõn bố gúc của tia lú là tương đương và khụng thể tỏch ra được. Hiện tượng này được gọi là tỏn xạ (scatttering)
Sự hấp thụ ỏnh sỏng liờn quan đến năng lượng vựng cấm (band gap), do đú thụng qua phổ UV-Vis DRS cú thể tớnh được năng lượng vựng cấm theo phương trỡnh Planck:
Trong phổ này, điểm uốn giữa phần truyền qua (transmistance) và hấp thụ cao được xỏc định. ước súng tương ứng với điểm uốn này gọi là gờ hấp thụ (absorption edge).
ể xỏc định chớnh xỏc năng lượng vựng cấm cần phải xỏc định bước súng ở điểm uốn này. Theo Prabakar năng lượng vựng cấm cú thể được tớnh toỏn thụng qua hệ số hấp thụ α.
33
Với l là chiều dày của mẫu đo, T là độ truyền qua được tớnh từ phổ UV-Vis DRS. Mối quan hệ giữa độ hấp thụ và năng lượng photon tới cú thể được viết theo biểu thức:
Trong đú h là hằng số Planck, C là hằng số, Eg là năng lượng vựng cấm và ν là tần số kớch thớch. Vẽ đồ thị (αhν)2 theo hν, dựng đường thẳng tiếp tuyến đi qua điểm uốn của đường cong của đồ thị, cắt trục hoành tại điểm x, đú chớnh là giỏ trị năng lượng vựng cấm.
* Thực nghiệm:
Phổ UV-Vis RS được đo trờn mỏy Cary-5000, hóng Varian, Australia tại Khoa Vật lý, Trường ại học Khoa học Tự nhiờn, HQ HN, bước súng từ 200 đến 800 nm.