Kết quả phân tích cấu trúc tinh thể bằng phép đo giản đồ XRD

A. Kết quả nghiên cứu tính chất và ứng dụng của vật liệu CaAl4O7 pha

3.2 Kết quả phân tích cấu trúc tinh thể bằng phép đo giản đồ XRD

CaAl4O7 cũng phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ thiêu kết. Hình 3.2 là kết quả đo giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu CaAl4O7 pha tạp 0,3%Mn4+ chế tạo bằng phƣơng pháp phản ứng pha rắn và thiêu kết tại các nhiệt độ khác nhau từ 1000 C đến 1500 C, thời gian 5 giờ, trong môi trƣờng không khí.

Quan sát giản đồ nhiễu xạ tia X trên hình 3.2 dễ dàng nhận thấy khi thiêu kết nhiệt độ từ 600 oC đến 1200 oC đã có sự hình thành tinh thể CaAl4O7 tuy nhiên chất lƣợng tinh thể vẫn chƣa tốt. Minh chứng là đỉnh đặc trƣng ở các góc 2θ = 25,4; 28,97 và 34,47 o tƣơng ứng với các mặt tinh thee (-311), (400) và (-131) đặc trƣng cho cấu trúc Monoclinic C2/c(15) của vật liệu CaAl4O7 (theo thẻ chuẩn JPCD≠23-1037) [47] có cƣờng độ yếu (hình 3.2(a- d)). Ngoài ra chúng tôi còn quan sát thấy các đỉnh nhiễu xạ ở góc 2θ = 52,5; 61,2 o tƣơng ứng với mặt phẳng (024) và (122) đặc trƣng cho cấu trúc lập phƣơng tâm khối của vật liệu -Al2O3 (theo thẻ chuẩn JCPD số 46-1212) [24]. Khi nhiệt độ thiêu kết tăng từ 1300 oC đến 1400 oC, giản đồ nhiễu xạ XRD trên hình 3.2 (e-g) cho thấy chất lƣợng tinh thể của pha CaAl4O7 có xu hƣớng tăng lên rõ rệt, trong khi pha tinh thể -Al2O3 giảm dần. Ở nhiệt độ thiêu kết 1500 oC, chúng tôi không còn quan sát thấy đỉnh nhiễu xạ đặc trƣng cho pha -Al2O3, thay vào đó chỉ quan sát thấy các đỉnh tại góc 2θ = 23,48; 24,66; 25,40; 27,51; 30,98; 32,54; 32,97; 34,47; 35,39; 36,20; 36,88; 38,65; 39,42; 41,35; 42,85; 44,00; 45,05; 46,15; 46,72; 47,01 ;56,02; 48,70; 50,58; 51,84; 52,47; 54,29; 56,75; 60,22; 68,29; 61,09; 62,60; 63,98o

tƣơng ứng với các mặt tinh thể (310), (-220), (-311), (130), (221), (311), (-131), (-420), (-312), (-511), (112), (040), (202), (331), (- 241), (511), (-332), (-602), (132), (-711), (-313), (-622), (-151), (441), (-133), (-443), (730), (-732), (-533) đặc trƣng cho cấu trúc Monoclinic của CaAl4O7 theo thẻ chuẩn PDF#23-1037 [12,48]. Điều này chứng tỏ rằng pha tinh thể CaAl4O7 đƣợc hình thành tốt ở nhiệt độ 1500 C. Tóm lại, pha tinh thể

CaAl4O7 bắt đầu hình thành chất lƣợng tinh thể còn chƣa tốt ở nhiệt độ thiêu kết từ 600 oC đến 1200 oC, tinh thể đƣợc hình thành tốt ở trên 1300 oC và không còn pha tinh thể khác ở 1500 oC (đơn pha CaAl4O7).

Kết quả nhận đƣợc hình 3.2 cũng cho thấy các đỉnh nhiễu xạ đặc trƣng của vật liệu CaAl4O7 thực nghiệm khá trùng (không có sự dịch đỉnh) với thẻ chuẩn PDF#23-1037 của CaAlO7.

Từ kết quả giản nhiễu xạ tia X trên hình 3.2 chúng tôi có thể xác định kích thƣớc tinh thể của các hạt theo công thức Scherrer (1):

Trong đó: k là hằng số Scherrer (k =0,9) λ là bƣớc sóng của tia X (=1.54 Å)  là độ rộng bán phổ (rad) θ là góc nhiễu xạ của đỉnh.

Kết quả tính kích thƣớc tinh thể trung bình tại đỉnh nhiễu xạ ứng với mặt tinh thể (-311) đƣợc trình bày ở bảng 3.1. Dễ dàng nhận thấy kích thƣớc tinh thể trung bình của các mẫu tăng dần theo nhiệt độ ủ mẫu (từ 26,12 nm đến 39,02 nm). Kết quả này cho thấy cũng khá phù hợp với sự tăng lên kích thƣớc hạt theo nhiệt độ nhƣ đã đƣợc phân tích trên hình 3.1.

Bảng 3.1. Kích thƣớc tinh thể trung bình của vật liệu CaAl4O7:0,3%Mn4+ tính toán tại đỉnh nhiễu xạ ứng với mặt tinh thể (-311)

Nhiệt độ ( C) 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Kích thƣớc tinh thể

Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu CaAl4O7:0,3%Mn4+ chế tạo bằng phƣơng pháp đồng kết tủa và ủ nhiệt tại các nhiệt độ khác nhau từ 1000C đến 1500C, thời gian 2 giờ trong môi trƣờng không khí: (a) 600 °C, (a) 600 °C, (b) 1000

°C, (c) 1100 °C, (d) 1200 °C, (e) 1300 °C, (f) 1400 °C, (g) 1500 °C.