Chương 2 KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
2.2. Cỏc phộp phõn tớch cấu trỳc, nhiệt, quang
Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction - XRD) là hiện tượng cỏc chựm tia X nhiễu xạ trờn cỏc mặt tinh thể của chất rắn do tớnh tuần hoàn của cấu trỳc tinh thể tạo nờn cỏc cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X được sử dụng để phõn tớch cấu trỳc chất rắn, vật liệu...[5]
Nguyờn lý của nhiễu xạ tia X:
Xột một chựm tia X cú bước súng λ chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới gúc tới θ. Do tinh thể cú tớnh chất tuần hoàn, cỏc mặt tinh thể sẽ cỏch nhau những khoảng đều đặn d, đúng vai trũ giống như cỏc cỏch tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của cỏc tia X. Nếu ta quan sỏt cỏc chựm tia tỏn xạ theo phương phản xạ (bằng gúc tới) thỡ hiệu quang trỡnh giữa cỏc tia tỏn xạ trờn cỏc mặt là:
Δ L = 2.d.sinθ (2.1) Như vậy, điều kiện thảo món để cú cực đại nhiễu xạ:
Δ L = 2.d.sinθ = nλ (2.2) Ở đõy, n là số nguyờn nhận cỏc giỏ trị 1, 2,... và điều kiện cú cực đại nhiễu xạ khi λ < 2d. Đõy là định luật Vulf-Bragg mụ tả hiện tượng nhiễu xạ tia X trờn cỏc mặt tinh thể.
Giản đồ XRD
Giản đồ XRD biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào gúc nhiễu xạ. Thụng tin về cấu trỳc của cỏc mẫu trong luận văn được đỏnh giỏ dựa trờn giản đồ XRD thực hiện bằng phương phỏp nhiễu xạ bột tia X trờn hệ thiết bị D5000 của hóng SIEMENS (Hỡnh 2.6). Những đặc trưng quan trọng nhất của giản đồ nhiễu xạ là vị trớ và cường độ của cỏc vạch nhiễu xạ. Bằng việc phõn tớch số liệu từ giản đồ ta cú thể thu được cỏc thụng tin định tớnh, định lượng pha tinh thể, độ kết tinh của mẫu nghiờn cứu, xỏc định được hệ cấu trỳc và cỏc hằng số mạng tinh thể... [3].
Hỡnh 2.6. Thiết bị nhiễu xạ SIEMENS D5000.
2.2.2. Hiển vi điện tử truyền qua
Kớnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là một thiết bị nghiờn cứu vi cấu trỳc vật rắn, sử dụng chựm điện tử cú năng lượng cao chiếu xuyờn qua mẫu mỏng và sử dụng cỏc thấu kớnh từ để tạo ảnh với độ phúng đại lớn (cú thể tới hàng triệu lần), ảnh cú thể tạo ra trờn màn huỳnh quang, film quang học, hay ghi nhận bằng cỏc mỏy chụp kỹ thuật số.
Chế độ ghi ảnh của cỏc TEM gồm ảnh trường sỏng, trường tối, ảnh hiển vi điện tử truyền qua độ phõn giải cao và ảnh nhiễu xạ điện tử lựa chọn vựng. Ảnh thu được qua cỏc tia truyền thẳng gọi là ảnh trường sỏng, ảnh thu được qua cỏc tia bị tỏn xạ gọi là ảnh trường tối. Trờn hai ảnh này chỳng ta sẽ thấy độ tương phản ngược nhau. Trong chế độ này ảnh vi cấu trỳc của mẫu hiện lờn giống như kớnh hiển vi quang học bỡnh thường nhưng độ phõn giải cao hơn nhiều, cho ta phõn biệt được kớch thước hạt, sự phõn bố của chỳng.[3]
Cỏc ảnh TEM của mẫu được chụp trờn kớnh hiển vi điện tử truyền qua JEOL 1010 (Hỡnh 2.7), đặt tại Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương với hiệu điện thế từ 40 đến 100 kV, độ phõn giải đối với điểm ảnh là 0,45 nm.
2.2.3. Phõn tớch nhiệt (TGA)
Phõn tớch nhiệt là một nhỏnh của khoa học vật liệu, ở đú cỏc tớnh chất của vật liệu được nghiờn cứu khi chỳng thay đổi với nhiệt độ. Khi vật bị đốt núng trong khoảng nhiệt độ nhất định, chỳng trải qua những thay đổi húa lý nhất định. Thay đổi vật lý: cỏc thay đổi pha như điểm núng chảy, húa hơi, kết tinh, chuyển cấu trỳc, thay đổi vi cấu trỳc trong hợp kim, polymer, thay đổi thể tớch, và thay đổi trạng thỏi cơ. Thay đổi húa học: phản ứng để tạo ra sản phẩm mới, sự ụxy húa, sự ăn mũn, sự phõn hủy, khử hiđro,..[4].
Phõn tớch nhiệt của mẫu CoFe2O4 được thực hiện trờn thiết bị phõn tớch SETARAM Labsys Evo 1600 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới (Viện HLKH&CN Việt Nam). Mẫu được đo trong mụi trường khớ trơ, tốc độ quột 20°C/phỳt. Từ giản đồ phõn tớch nhiệt, cú thể nhận biết hàm lượng CoFe2O4 trong nguyờn
Hỡnh 2.7. Kớnh hiển vi điện tử truyền qua JEOL 1010.
liệu (lừi), xỏc định được hàm lượng OA/OLA cũng như PMAO (vỏ), nhiệt độ phõn hủy của thành phần vỏ.
2.2.4. Phổ hồng ngoại
Vựng bức xạ hồng ngoại (IR) là một vựng phổ bức xạ điện từ rộng nằm giữa vựng trụng thấy và vựng vi ba và cú thể chia thành 3 vựng:
- Hồng ngoại gần (Near-IR): 400-10 cm-1 (1000 – 25 μm). - Hồng ngoại (Mid-IR): 4000 - 400 cm-1 (25- 2,5 μm). - Hồng ngoại xa (Far-IR): 14000- 4000 cm-1 (2,5 – 0,8 μm).
Phương phỏp phõn tớch phổ hồng ngoại núi ở đõy là vựng phổ nằm trong vựng cú số súng 4000 - 400 cm-1.
Phương phỏp phổ hồng ngoại (InfraRed Spectroscopy - IR) phõn tớch, đỏnh giỏ cỏc liờn kết húa học trong hợp chất [7]. Cỏc vạch phổ hồng ngoại đặc trưng cho biết cỏc liờn kết cú mặt trong phõn tử hợp chất hoỏ học. Dựa vào cường độ đỉnh trong phổ hồng ngoại, người ta cú thể phỏn đoỏn trực tiếp về sự cú mặt của cỏc nhúm chức, cỏc liờn kết xỏc định trong phõn tử nghiờn cứu, từ đú xỏc định được cấu trỳc của chất nghiờn cứu.
Kĩ thuật này dựa trờn hiệu ứng đơn giản: Cỏc hợp chất húa học cú khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ cỏc phõn tử hồng ngoại, cỏc phõn tử của cỏc hợp chất húa học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Cỏc đỏm phổ khỏc nhau cú mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với cỏc nhúm chức đặc trưng và liờn kết cú trong phõn tử hợp chất húa học. Bởi vậy phổ hồng ngoại của một hợp chất húa học coi như “dấu võn tay”, cú thể căn cứ vào đú để nhận dạng chỳng. Phổ FT-IR thỡ dựng phộp biến đổi Fourier để phõn tớch. Cỏc phộp đo phổ FT-IR trong luận văn được thực hiện trờn mỏy FT-IR NEXUS 670 của hóng NICOLET - Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lõm Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam.
2.2.5. Phổ tỏn xạ laser động
Nguyờn lý của phộp đo tỏn xạ laser động dựa trờn mối liờn hệ giữa kớch thước hạt keo trong chất lỏng và tốc độ chuyển động của chỳng. Tốc độ chuyển động Brown của cỏc hạt lơ lửng trong chất lỏng được đo đạc thụng qua việc phõn tớch cường độ tỏn xạ của chựm tia laser khi chiếu vào mẫu dung dịch cú chứa cỏc hạt cú kớch thước nhỏ. Bỏn
kớnh động học của hạt nano từ bọc PMAO được xỏc định trờn mỏy đo Malvern Zetasizer version 6.0 (Hỡnh 2.8) của hóng Malvern – UK được đặt tại Viện khoa học vật liệu [7]. Mỏy cú thể xỏc định được hạt keo cú kớch thước từ 0,6 nm đếm 6000 nm.
Thế zeta là hiệu điện thế xuất hiện trong phần khuếch tỏn của lớp điện
tớch ở ranh giới giữa pha rắn và pha lỏng. Lớp này gồm hai vựng: một vựng cú bề dày cỡ đường kớnh của một ion, trong đú điện thế giảm đột ngột; vựng khỏc cú điện thế thay đổi từ từ được gọi là vựng khuếch tỏn. Trong ỏnh sỏng tỏn xạ điện di (ELS) tốc độ của cỏc hạt được đo bằng sự hiện diện của một điện trường. Sự di chuyển cỏc hạt nhanh hơn, thỡ điện thế zeta của cỏc hạt cao hơn. Núi chung, điện thế zeta cường độ lớn cú nghĩa là cỏc hạt sẽ đẩy nhau mạnh hơn, tạo ra một dung dịch huyền phự ổn định hơn. Độ bền của chất lỏng hay độ ổn định của chỳng cũng đỏnh giỏ qua thế zeta thực hiện trờn thiết bị Malvern Zetasizer [7].