2.3.1.1. Nguyên tắc hoạt động
Phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng để xác định vật liệu được tạo thành, cấu trúc tinh thể, kích thước trung bình của tinh thể [3]. Dựa trên ảnh hưởng khác nhau của kích thước tinh thể lên phổ nhiễu xạ tia X. Phương pháp nhiễu xạ tia X cho phép xác định kích thước tinh thể dựa trên phân tích hình dáng và đặc điểm của đường cong phân bố cường độ của đường nhiễu xạ tia X dọc theo trục đo góc 2θ.
Cơ sở của phổ nhiễu xạ tia X:
Khi chiếu một chùm tia X có bước sóng từ 10-9 - 10-12 m vào một tinh thể thì tia X sẽ bị tán xạ theo các phương khác nhau trên mặt phẳng khác nhau của tinh thể. Sau khi tán xạ chúng sẽ giao thoa với nhau, tạo nên các cực đại, cực tiểu giao thoa tuỳ thuộc vào hiệu quang trình của chúng. Chùm nhiễu xạ từ vật liệu phụ thuộc vào bước sóng của chùm điện tử tới và khoảng cách mặt mạng trong tinh thể, tuân theo định luật Bragg:
nλ = 2dsinθ (2.1)
Bằng cách sử dụng mẫu chuẩn, nhiễu xạ với cùng điều kiện với mẫu nghiên cứu, sự nhoè rộng bởi điều kiện thực nghiệm được loại bỏ. Sự nhoè rộng của phổ nhiễu xạ tia X thu được là do bản thân của mẫu nghiên cứu được gọi là sự nhòe rộng vật lý và độ rộng gọi là độ rộng vật lý β.
Độ rộng vật lý liên quan đến kích thước tinh thể theo phương trình Scherrer: D = k
cos
(2.2)
Với D là kích thước tinh thể, k = 0.94 là hệ số tỉ lệ. Do kích thước tinh thể D theo chiều vuông góc với mặt nhiễu xạ tỷ lệ nghịch với cosθ, nên để xác định kích thước tinh thể với độ chính xác cao thì phải dùng đường nhiễu xạ đầu tiên với góc θ nhỏ nhất.
2.3.1.2. Quy trình đo nhiễu xạ tia X
Phép đo được thực hiện trên hệ máy Siemens D5005 tại Trung tâm Khoa học Vật liệu (ĐHKHTN-ĐHQGHN). Máy có bước sóng nhiễu xạ tia X là
1,54056A
Vì mẫu chế tạo được ở dạng dung dịch nên việc đo mẫu không đơn giản. Để tiến hành đo nhiễu xạ tia X, chúng tôi đã phải biến đổi mẫu sang thể rắn (dạng màng mỏng). Đầu tiên mẫu sẽ được quay ly tâm để loại bỏ dung môi dư thừa rồi cô khô trên một lamen kính bằng phương pháp nhỏ giọt. Sau đó mẫu được đưa đi đo phổ nhiễu xạ tia X ở dạng màng mỏng.
2.3.1.3. Xử lý số liệu
Giản đồ nhiễu xạ tia X sẽ được vẽ trên phần mềm EVA của thiết bị, từ đó xác định vị trí các đỉnh và góc nhiễu xạ tại vị trí các đỉnh. Xác định độ bán rộng của đỉnh và thay vào phương trình Scherer ta sẽ tính được bán kính của hạt. Số liệu của giản đồ thu được dưới dạng file UXD (dạng bảng dữ liệu), có thể trình bày lại bằng cách sử dụng chương trình Microsoft Office Excel 2007 và phần mềm Origin 7.5.