Nhiễu xạ tia X (XRD) là một trong những phương pháp hiệu quả và được sử dụng rộng rãi nhất trong nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu. Nguyên lý của phương pháp dựa trên việc phân tích các ảnh nhiễu xạ thu được của tia X sau khi tương tác với mẫu. Xét sự phản xạ của một chùm tia X trên hai mặt phẳng mạng song song và gần nhau nhất với khoảng cách d (hình 2.1). Tia X có năng lượng cao nên có khả năng xuyên sâu vào vật liệu và gây ra phản xạ trên nhiều mặt mạng tinh thể (hkl) ở sâu phía dưới. Từ hình 2.1 ta thấy hiệu quang trình giữa hai phản xạ 1’
và 2’ từ hai mặt phẳng liên tiếp bằng 2dsin. Hiện tượng giao thoa giữa các sóng phản xạ chỉ xảy ra khi hiệu đường đi của hai sóng bằng số nguyên lần bước sóng, do vậy điều kiện để có hiện tượng nhiễu xạ được được đưa ra bởi phương trình Bragg:
n
dsin
2 (2.1)
Từ phương trình (2.1) có thể thấy ảnh nhiễu xạ của mỗi mẫu sẽ thể hiện các đặc trưng cơ bản của tinh thể mẫu đó. Bằng việc phân tích các vết nhiễu xạ thu được trên ảnh, người ta có thể đưa ra thông tin về pha tinh thể, độ kết tinh, các hằng số cấu trúc và kích thước tinh thể của vật liệu.
Hình 2.1: Mô hình hình học của hiện tượng nhiễu xạ tia X.
Nguyên lý của phương pháp là sử dụng phân tích Fourier đối với hàm phân bố cường độ nhiễu xạ quanh đỉnh nhiễu xạ Bragg để đánh giá loại sai lệch mạng và mức độ ảnh hưởng của chúng lên cấu trúc tinh thể. Để hạn chế sai số của phép đo thì mẫu chuẩn phải không có hiệu ứng mở rộng vạch và các hạt tinh thể chuẩn phải có kích thước lớn hơn 500 nm.
Các phép đo và phân tích nhiễu xạ tia X được thực hiện trên thiết bị D8 Advance Brucker với bức xạ Cu-K (bước sóng λ= 1,5406 A0) đặt tại khoa Hóa học trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội. Việc tính kích thước trung bình và đưa ra phân bố kích thước hạt theo phương pháp Rietveld được thực hiện bằng phần mềm Crystal impact Match 3.0.