CHƯƠNG II : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2 Phương pháp phân tích
2.2.1 Phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X
Đây là một kỹ thuật đặc trưng ứng dụng định luật nhiễu xạ Bragg. Qua đĩ cĩ thể phân biệt được các dạng kết tinh khác nhau của các hạt nano ở các biến thể như Fe3O4, - Fe2O3, các ferrit,… thơng qua việc xác định cấu trúc và kích thước hạt. Với phương pháp này, mẫu khơng bị phân hủy và chỉ cần một lượng nhỏ là cĩ thể phân tích được.
Do các hạt sắp xếp hỗn độn, tùy vào khoảng cách giữa các mặt mạng, các tia X chiếu đến các mặt mạng bị nhiễu xạ ở
nhiều gĩc khác nhau và phổ được thành lập ứng với gĩc nhiễu xạ (là
gĩc giữa tia X và các mặt mạng) thỏa mãn định luật Bragg:
2dsinθ = nλ (n = 1, 2, 3, …) Trong đĩ :
n :Bậc giao thoa. λ: Bước sĩng tia X(A0)
θ: Gĩc hợp bởi tia tới và mặt phẳng mạng.
d: Hằng số mạng (khoảng cách giữa các lớp nguyên tử trong tinh thể)
Ngồi ra, dựa vào phổ XRD, đỉnh nhiễu xạ cịn cho chúng ta thơng tin về đường kính trung bình của hạt thơng qua cơng thức Scherrer :
cos . . 9 , 0 d hkl (2.1) Trong đĩ : d là đường kính hạt (nm). là gĩc nhiễu xạ (rad) .
λ :là bước sĩng tia X, λ = 1.54056A0.
β(hkl) : là độ rộng tại ½ đỉnh phổ XRD cực đại tính theo 2 (rad). 2.2.2 Máy đo phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR
FT-IR hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu. Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hĩa học giữa các nguyên tử, nĩ cho phép phân tích với hàm lượng chất mẫu rất thấp và cĩ thể phân tích cấu trúc, định tính và cả định lượng. Cĩ thể đạt độ nhạy rất cao ngay cả khi mẫu chỉ cĩ bề
dày cỡ nanomet....Phương pháp này khơng làm hỏng mẫu. Mẫu chuẩn bị để chạy phổ này cĩ thể ở các trạng thái khác nhau. Máy quang phổ FT-IR hoạt động dựa trên nguyên lý:
Mỗi hợp chất hố học hấp thụ năng lượng hồng ngoại ở 1 tần số đặc trưng. Cấu trúc cơ bản của vật chất cĩ thể được xác định bằng vị trí các vạch hấp thu
của phổ nhận được.
Sản phẩm sau khi tổng hợp xong được đo phổ hấp thụ hồng ngoạitại phịng thiết bị nghiên cứu (phịng 41), Viện cơng nghệ hĩa học, Tp Hồ Chí Minh.
2.2.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) sử dụng một chùm điện tử hẹp chiếu xuyên qua mẫu, và tạo ảnh của vật thể giống như tạo ảnh quang học trong kính hiển vi quang học, điểm khác nhau quan trọng là TEM sử dụng sĩng điện tử thay cho sĩng ánh sáng và thấu kính từ thay cho thấu kính thủy tinh.
Sĩng điện tử được phát ra từ súng phĩng điện tử, điện tử phát xạ nhiệtphát ra do năng lượng nhiệt đốt nĩng catốt (thường dùng sợi tungsten, Wolfram, LaB6...) hoặc đầu phát xạ trường (field emission gun), điện tử phát ra do hiệu điện thế cao đặt vào. Sau đĩ tăng tốc dưới điện trường V, động năng và xung lượng của điện tử là:
e.V 2 .v m0 2 (2.2) .e.V 0 2m .v 0 m p (2.3) V . e . m 2 h p h λ 0 (2.4)
Với thế tăng tốc V = 100 kV, ta cĩ bước sĩng điện tử là 0,00386 nm. Nhưng với thế tăng tốc cỡ 200 kV trở nên, vận tốc của điện tử trở nên đáng kể so với vận tốc ánh sáng, và khối lượng của điện tử thay đổi đáng kể, do đĩ phải tính theo cơng thức tổng quát (cĩ hiệu ứng tương đối tính):
2 c . m 2 eV 1 1 . V . e . m 2 h p h λ 0 0 (2.5)
Sau đĩ chùm điện tử được hội tụ, thu hẹp nhờ hệ thấu kính từ và được chiếu xuyên qua mẫu quan sát đã được làm mỏng đến độ dày cần thiết để điện tử xuyên qua. Ảnh sẽ được tạo bằng hệ vật kính phía sau vật, hiện ra trên màn huỳnh quang, hay trên phim ảnh, trên các máy ghi kỹ thuật số... Tất cả các hệ này được đặt trong buồng được hút chân khơng cao.
Kính hiển vi điện tử truyền qua (conventional transmission electron microscopy) sử dụng chùm điện tử song song chiếu qua mẫu. Một loại kính hiển vi điện tử truyền qua khác là kính hiển vi điện tử truyền qua quét (scaning transmission electron microscopy - STEM) sử dụng một chùm điện tử hội tụ chiếu xuyên qua và quét trên mẫu, tạo độ phân giải cao hơn nhiều.
Dựa vào ảnh TEM, chúng ta cĩ thể biết được hình dạng và kích thước hạt ở kích cỡ vài nanơ mét vì TEM cĩ độ phân giải cỡ A0
Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM (Transmission Electron Microscope) là một cơng cụ thiết yếu để phân tích một cách trực quan các vật liệu nano. TEM cĩ khả năng quan sát các cấu trúc và hình
dạng của mẫu.
Mẫu phân tích là mẫu lỏng, được phủ lên trên lưới đồng, nano kim loại sẽ bám vào bề mặt lưới và đo bằng kính hiển vi điện tử truyền qua TEM, Hiệu JEOL-Nhật, Model JEM-1400, điện thế gia tốc là: 100 kV tại phịng thí nghiệm trọng điểm Quốc Gia Vật liệu Polymer và Composite, ĐH Bách
Khoa, Tp.HCM. Sau khi tinh chỉnh máy để đạt được ảnh TEM của hạt nano kim loại rõ nét nhất, các ảnh TEM sẽ được chụp và gửi dữ liệu đến máy tính dưới dạng file ảnh. 2.2.4 Từ kế mẫu rung (VSM)
Từ kế mẫu rung hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, đo mơmen từ của mẫu cần đo dưới tác dụng của từ trường ngồi. Vật liệu hạt được đặt vào trong một từ trường đồng nhất và tạo dao động rung theo hình sin với vật liệu. Khi đĩ sẽ cĩ một sự thay đổi từ thơng trong mẫu vật, gây ra dịng cảm ứng trong cuộn dây, ứng với một điện thế tỉ lệ với mơmen từ của vật liệu.
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc là một vật sắt từ, cĩ mơmen I, dao động ở gần một cuộn dây, sẽ gây ra trong cuộn dây đĩ một suất điện động cảm ứng tỷ lệ với I. Gắn mẫu sắt từ vào đầu một thanh rung
và đặt giữa hai cực của một nam châm điện. Sát hai bên cuộn dây mẫu cĩ hai cuộn dây nhỏ giống nhau, cĩ chiều cuốn ngược nhau và được mắc nối tiếp. Khi mẫu dao động, suất điện động xuất hiện ở hai đầu các cuộn dây nhỏ tỷ lệ với độ từ hĩa của mẫu. Các giá trị về độ từ hố và từ trường tương ứng của việc đo từ kế mẫu rung cĩ thể vẽ lên được đường cong từ hố đặc trưng cho mỗi vật liệu. Như đã nĩi, từ kế mẫu rung đo mơmen từ của vật liệu từ. Đơn vị của mơmen từ
thường sử dụng trong từ kế mẫu rung là emu/g, và tùy theo việc đo mơmen từ theo đại lượng nào sẽ cĩ phép đo tương ứng đĩ:
Phép đo từ hĩa, từ trễ: Đo sự biến đổi của mơmen từ theo từ trường ngồi.
Phép đo mơmen từ theo sự thay đổi của nhiệt độ dưới tác dụng của một từ trường ngồi: phép đo từ nhiệt. Dựa vào phép đo từ nhiệt, cĩ thể thực hiện các phép đo động học từ tính, hay động học kết tinh của vật liệu từ.
Đo thay đổi mơmen từ theo thời gian: đo phục hồi
Xác định các tính chất dị hướng dựa vào việc quay vật liệu (bộ phận quay của VSM).
2.2.5 Phổ tử ngoại khả kiến
Phổ UV –Vis là loại phổ electron. Ứng với mỗi electron chuyển mức năng lượng ta thu được một vân phổ rộng phương pháp đo phổ UV –Vis là một phương pháp định lượng, xác định nồng độ của các chất thơng qua độ hấp thu của dung dịch. Cho chùm ánh sáng cĩ độ dài bước sĩng xác định cĩ thể thấy được (Vis) hoặc khơng thấy được (UV-IR) đi qua vật thể hấp
thu (thường ở dạng dung dịch). Dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thu bởi dung dịch mà suy ra nồng độ của dung dịch đĩ.