Chương 2 Thực nghiệm
2.3. Cỏc phương phỏp đo đạc
2.3.1. Phương phỏp đo điện húa bằng cỏc điện cực:
Hỡnh 2.3.1: Mỏy Autolab PGS–12 (khoa Vật lý kỹ thuật và cụng nghệ Nano- ĐH Cụng Nghệ- ĐHQGHN).
Theo phương phỏp này, điện thế (hoặc dũng điện) được biến thiờn tuyến tớnh theo thời gian từ 0,000 V/s đến 1,000V/s và điện thế trờn điện cực được quột lặp đi lặp lại nhiều lần với tốc độ quột khụng đổi (0ữ10V) và khi đú dũng qua điện cực tương ứng sẽ được xỏc định. Trong cỏc thớ nghiệm nghiờn cứu trong luận văn được đo bởi mỏy Autolab PGS–12 POTENTIO– GALVANOSTAT.
2.3.2. Phộp đo phổ tổng trở:
Khi thực nghiệm, chọn khoảng tần số từ 100Hz đến 1MHz với biờn độ điện thế là 20mV. Theo phương phỏp này, tổng trở của mẫu đo được xỏc định thụng qua việc ỏp đặt một tớn hiệu xoay chiều nhỏ V(t)= Vo sin(t) vào mẫu đo và xỏc định cường độ dũng điện I(t)= Io sin(t) cựng gúc lệch pha của tớn hiệu thu được. Phộp đo này được thực hiện trong khoảng tần số rộng để khảo sỏt miền tần số mà ta quan tõm nhất. Về nguyờn lý nú cú dạng mạch cầu tổng trở, khi đú tổng trở của mẫu đo được xỏc định thụng qua cỏc giỏ trị của điện trở R và tụ điện C làm mạch cầu đo cõn bằng. Trong phộp đo này, mẫu được xem như một mạch điện gồm cỏc điện trở và tụ điện lý tưởng kết hợp với nhau trong sơ đồ đo.
2.3.3. Phổ tỏn xạ Micro-Raman:
Để nghiờn cứu cấu trỳc pha tinh thể trong cỏc mẫu chế tạo được, chỳng tụi đo mẫu tỏn xạ Micro-Raman. Cỏc mẫu đều được tiến hành đo phổ tỏn xạ Micro-Raman bằng mỏy quang phổ Labram-1B (Phỏp) tại viện Khoa Học Vật Liệu, thuộc viện Khoa Học và Cụng Nghệ Việt Nam thiết bị sử dụng nguồn sỏng là tia laser He-Ne. Mật độ cụng suất kớch thớch thấp được sử dụng để trỏnh ảnh hưởng của hiệu ứng nhiệt. Hệ đo được lắp thờm camera và màn hỡnh để quan sỏt vị trớ xảy ra tỏn xạ khụng đàn hồi ỏnh sỏng kớch thớch trờn một diện tớch rất hẹp cỡ μm2
hoặc nhỏ hơn ở trờn bề mặt của mẫu. Cỏc mẫu đo được đặt trờn bàn dịch chuyển ba chiều với bước dịch chuyển nhỏ nhất là 0,5mm. Ngoài ra hệ đo cũn được kết nối với kớnh hiển vi cho phộp ghi phổ với độ phõn giải khụng gian tốt hơn. Mỏy tớnh được kết nối hệ đo với chương trỡnh cài đặt sẵn cho ta kết quả cuối cựng đó xử lý. Phổ được hiển thị trờn màn hỡnh phụ thuộc vào cường độ của cỏc vạch dao động.
2.3.4. Phổ huỳnh quang:
Nguyờn tắc của phộp đo huỳnh quang như sau: mẫu cần đo được tỏc động bởi một nguồn kớch thớch từ bờn ngoài (cú thể kớch bằng dũng điện hoặc bằng điện ỏp). Sau đú tớn hiệu điện từ bờn ngoài được đưa vào bờn trong mỏy phõn tớch phổ để hệ thống tớnh toỏn, phõn tớch và cho hiển thị kết quả ra bờn ngoài. Phổ huỳnh quang của mẫu chế tạo được ghi dưới sự kớch thớch tại một vài bước súng khỏc nhau của đốn Xenon (Xe). Thiết bị đo là mỏy quang phổ JASCO (V-570). Đốn Xe là loại nguồn sỏng cho vựng phổ phỏt xạ khỏ rộng và ổn định trong toàn dói phổ vựng nhỡn thấy. Nguyờn tắc là dựng nguồn sỏng
phỏt ra từ đốn Xe hoặc đốn tử ngoại (trong thớ nghiệm sử dụng vạch 340nm và 360nm) làm nguồn năng lượng kớch thớch phỏt xạ huỳnh quang từ cỏc mẫu chế tạo được. Ánh sỏng phỏt xạ được đưa vào khe của mỏy, rồi được phõn tớch, ghi nhận và lưu giữ ở dạng cỏc file số liệu. Phổ quang huỳnh quang biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang vào bước súng phỏt xạ, dưới sự kớch thớch bằng ỏnh sỏng với bước súng nhất định nào đú. Phần mềm Origin 6.0 được dựng để xử lý toàn bộ cỏc phổ nhận được.
Hỡnh 2.3.4: Thiết bị đo là mỏy quang phổ JASCO (V-570) (phũng thớ nghiệm cụng nghệ quang tử – Khoa vật lý kỹ thuật và cụng nghệ nano– ĐHCN).
2.3.5. Nhiễu xạ tia X:
Bước súng đặc trưng của tia X trong khoảng 1Ǻ, kớch thước này nhỏ hơn hay cựng thứ bậc với khoảng cỏch giữa cỏc mặt mạng tinh thể, cho nờn khi chiếu tia X lờn chất rắn chỳng ta sẽ nhận được hỡnh ảnh nhiễu xạ của tia X với mặt mạng tinh thể. Phương phỏp này cú khả năng xỏc định hằng số mạng của ụ cơ sở, phõn tớch pha cấu trỳc trong mẫu (với độ phõn giải khoảng 3% khối lượng) hoặc nghiờn cứu khuyết tật trong tinh thể. Cỏc mẫu phõn tớch thường
đó kết tinh, nếu khụng phải là tinh thể thỡ nhiễu xạ tia X khụng xảy ra. Do vậy, về ý nghĩa thực tiễn thỡ phương phỏp ghi giản đồ nhiễu xạ tia X chỉ là phương phỏp khảo sỏt cỏc cấu trỳc của màng trờn cơ sở đó biết cấu trỳc đú.
Hỡnh 2.3.5: Mỏy đo nhiễu xạ tia X D8-ADVANCE (Bruker) (phũng thớ nghiệm micro nano- khoa Vật lý kỹ thuật và cụng nghệ nano- ĐHCN).
Giả sử cú chựm tia X tạo với dóy mạng gúc thỡ chựm tia phản xạ từ cỏc mặt nguyờn tử cũng dưới một gúc. Khi đú nếu ta chiếu một chựm tia X đơn sắc (bước súng λ) lờn mạng tinh thể thỡ mỗi nỳt mạng trở thành cỏc tõm nhiễu xạ.
Hiệu quang lộ giữa 2 tia (1) và (2) là:
Δ = 2d sinθ (1)
Để thỏa món điều kiện nhiễu xạ, hiệu quang lộ giữa 2 tia phải là số nguyờn lần bước súng, nghĩa là:
2dsinθ = nλ (2)
(2) được gọi là phương trỡnh Bragg Trong đú:
d: khoảng cỏch giữa cỏc mặt phẳng mạng λ: là bước súng tia X
n: bậc nhiễu xạ (n = 1, 2, 3...)
Đối với hợp chất chỉ gồm một pha, với mạng tinh thể xỏc định thỡ giữa θ và khoảng cỏch dhkl của cỏc mặt phản xạ (hkl) của mạng tinh thể cú mối liờn hệ như sau:
1/dhkl = 2sinθ/λ (3)
Từ cỏc giỏ trị dhkl ta xỏc định được cỏc hằng số mạng tinh thể theo bảng tra cứu cú sẵn. Mỗi pha hoặc mỗi chất cú mạng tinh thể riờng của mỡnh với kiểu mạng và hằng số mạng xỏc định. Trong sổ tay tra cứu dành riờng cho việc phõn tớch cấu trỳc bằng nhiễu xạ tia X thường cú nờu cỏc trị số khoảng cỏch mặt thực nghiệm với trị số trong bảng của cỏc chất cú thể xỏc định được bản chất pha của mẫu nghiờn cứu và hằng số mạng của pha đú. Ưu điểm của phương phỏp nhiễu xạ tia X đa tinh thể là nú cú thể sử dụng cho bất kỳ loại đối tượng nào mà khụng phụ thuộc vào mạng đơn giản hay phức tạp.
Tuy nhiờn số lượng cỏc chất hoặc cỏc pha đó được nghiờn cứu là cú hạn và cú thể gặp cỏc trường hợp khi pha chưa cú trong tài liệu tra cứu thỡ khụng phõn tớch được. Cấu trỳc của cỏc mẫu trong luận văn này được nghiờn cứu trờn mỏy đo nhiễu xạ tia X D8-ADVANCE (Bruker) (phũng thớ nghiệm micro nano- khoa Vật lý kỹ thuật và cụng nghệ nano- ĐHCN).