M Ở ĐẦU
2.3.Phương pháp đo đạc, phân tích
2.3.1 Phân tích thành phần lớp phủ:
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD): Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thểvà đi sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra
các tia phản xạ. Khoảng cách hai mặt song song (dkhông gian), góc giữa chùm tia X với mặt phản xạ (θ) và bước sóng () mô tả ở hình dưới liên hệ với nhau bằng phương trình Vulf-Bragg: 2dhkl.sin = n Phương
trình Vulf-Bragg 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. Ứng với mỗi hệ kết tinh cụ thể sẽ cho một bộ các giá trị d phản xạ ở các góc quét khác nhau xác định. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu.
Phương pháp nhiễu xạ tia X được sử dụng để nghiên cứu thành phần pha của lớp hấp thụ bức xạ mặt trời. Các mẫu được đo trên máy Siemen D5000 (Đức) với tia phát xạ CuKα có bước sóng =1,5406Å tại Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm KHCNVN).
Hình 2. 1 Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể
Phổ hấp thụ hồng ngoại (IR): Phương pháp phổ hồng ngoại dựa trên sự hấp thụ năng lượng bức xạ trong vùng hồng ngoại của phân tử do sự thay đổi trạng thái năng lượng chuyển động quay và chuyển động dao động từ trạng thái năng lượng cơ bản đến trạng thái kích thích. Phổ hồng ngoại ứng với chuyển động dao động của phân tử còn gọi là phổ dao động chỉ xuất hiện khi có sự thay đổi momen lưỡng cực điện của phân tử khi dao động. Tần số dao động cơ bản của phân tử (ứng với bước chuyển từ mức năng lượng cơ bản lên mức năng lượng kích thích thứ nhất) phụ thuộc vào bản chất và độ bền của liên kết hóa học trong phân tử và khối lượng của các phân tử tham gia liên kết. Vậy, tần số hấp thụ phổ hồng ngoại là đặc trưng cho cấu tạo hóa học của phân tử.
Trong nghiên cứu này, phổ hồng ngoại được sử dụng nhằm mục đích xác định các nhóm chức đặc trưng của mẫu vật liệu của lớp hấp thụ năng lượng bức
xạ mặt trời. Phổ hồng ngoại được đo trên máy Agilent FT-IR Cary 630 tại Viện Vật lý (Viện Hàn lâm KHCNVN).
Phổ tán xạ tia EDX: Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng chùm tia điện tửđể tạo ảnh mẫu nghiên cứu. Chùm tia electron được tạo ra từ catot qua 2 tụ quang điện tử sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm điện tử đập vào mẫu nghiên cứu sẽ phát ra các chum điện tử phản xạvà điện tử truyền qua. Các điện tử phản xạ và truyền qua này được đi qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng, tín hiệu được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sang trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu đo cho một điểm tương ứng trên màn. Độ sáng tối của ảnh phụ thuộc vào lượng điện tử phát ra tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng mẫu nghiên cứu. Phổ tán xạ tia X (EDX) được sử dụng kết hợp với SEM để phân tích vi cấu trúc, cung cấp thông tin về thành phần nguyên tố của điểm đang quan sát SEM. Kĩ thuật này không phá huỷ mẫu và độ nhạy 0,1% đối với các nguyên tố nặng hơn các bon (C). Người ta đặt mẫu dưới chùm tia electron, chùm tia electron này sẽ kích thích những nguyên tửở trong mẫu làm cho mẫu phát ra tia X để giải phóng năng lượng dư. Chính nănglượng của tia X phát ra nó dẫn đến sự hình thành một đỉnh (peak) trên phổ EDX.
Trong luận văn này, phương pháp EDX được sử dụng để xác định thành phần của vật liệu lớp hấp thụnăng lượng bức xạ mặt trời. PhổEDX được đo trên máy FE-SEM Hitachi S4800 tại Viện khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm KHCNVN).
Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM): Phương pháp SEM sử dụng chùm tia điện tửđể tạo ảnh mẫu nghiên cứu. Chùm tia điện tửđược tạo ra từ súng điện tử qua hai tụ quang điện tử sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm điện tửđập vào mẫu nghiên cứu sẽphát ra các chùm điện tử phản xạ. Các điện tử phản xạnày được đi qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng, tín hiệu được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu cho một điểm tương ứng trên màn. Độ sáng tối trên màn ảnh phụ thuộc vào lượng điện tử phát ra tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng mẫu nghiên cứu.
Phương pháp SEM thường được sử dụng để khảo sát hình thái bề mặt, kích thước và hình dạng tinh thể của vật liệu. Ảnh SEM được đo trên máy FE-SEM Hitachi S4800 tại Viện khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm KHCNVN).
Phổ truyền qua UV-Vis: Hấp thụ quang là phương pháp quan trọng để nghiên cứu các tính chất quang của hầu hết các vật liệu quang. Từ phổ hấp thụ quang có thể cung cấp các thông tin về hiệu ứng giam giữ lượng tử đối với các hạt tải, xác định được mức năng lượng cơ bản. Nguyên tắc đo hấp thụ quang là cho chùm ánh sáng có độ dài sóng xác định đi qua vật thể hấp thụ, thường ở dạng dung dịch. Dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thụ bởi dung dịch để suy ra nồng độ của dung dịch đó. Sử dụng mối liên hệ
I0 =IA +IR +I
trong đó I0là cường độ ban đầu của nguồn sáng, IA là cường độ ánh sáng bị hấp thụ bởi dung dịch, IRlà cường độ ánh sáng phản xạ bởi thành cuvet và dung dịch, giá trịnày được loại bỏ bằng cách lặp lại hai lần đo, I là cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch.
Độ truyền qua: T(v)= I(v)/I0(v);
Độ hấp thụ: A(v) = -log10T(v)
sẽ cho thông tin vềđặc trưng hấp thụ quang của mẫu.
Các phép đo quang phổ hấp thụ của mẫu đều được đo dưới dạng dung dịch. Phép đo phổ hấp thụđược tiến hành trên hệđo máy quang phổ UV - Vis 2600 của hãng Shimadzu tại Viện Vật lý (Viện Hàn lâm KHCNVN).