CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Đánh giá đặc trưng tính chất vật liệu
2.2.2. Xác định thành phần, cấu trúc vật liệu
a. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX)
Nguyên lý: Trong kỹ thuật EDX, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua tương tác của chùm điện tử có năng lượng cao với vật rắn. Khi chùm điện tử được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tương tác này tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley. Trong luận án,các phân tích EDX được thực hiện trên máy Hitachi S-4800, tại
phịng thí nghiệm trọng điểm -Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
b. Phương pháp Quang phổ điện tử (XPS)
Phương pháp quang phổ điện tử tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện tử được tạo ra khi chiếu một chùm bức xạ có bước sóng ngắn vào bề mặt vật liệu. Khi được hấp thu năng lượng, các electron ở lớp ngồi cùng hoặc electron hóa trị thốt ra với năng lượng động năng:
Ek = h - Eb - (2.2) Trong đó, Ek là động năng của các quang electron, là cơng thốt electron (phụ thuộc vào thiết bị), Eb là năng lượng liên kết của electron, là tần số photon, h là hằng số Planck. Năng lượng liên kết Eb là đại lượng đặc trưng cho nguyên tử nên từ giá trị này chúng ta có thể xác định thành phần nguyên tố và trạng thái oxi hóa của chúng trong mẫu.
Phổ quang điện tử tia X được áp dụng để xác định thành phần nguyên tố và trạng thái oxi hóa của chúng trong mẫu vật liệu. Trong luận án này, phổ XPS được đo trên máy Shimadzu Kratos Axisultra DLD spectrometer, sử dụng nguồn phát tia X với bia Al, ống phát làm việc ở 15 kV - 10 mA tại trường Đại học Kyuonggi - Hàn Quốc. Các dải năng lượng liên kết được hiệu chỉnh bằng cách chuẩn nội với peak C1s.
c. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)
Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại được sử dụng để xác định các thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, khơng địi hỏi các phương pháp tính tốn phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại của hợp chất hóa học. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử này dao động với các vận tốc dao động khác nhau và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ
hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hoá học.
Các mẫu vật liệu được phân tích phổ FT-IR trên thiết bị Tensor II (hãng Bruker) tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KHCN Quân sự.
d. Phương pháp quang phổ RAMAN
Nguyên lý: Hiệu ứng Raman dựa trên sự biến dạng của phân tử trong điện trường E được xác định bởi khả năng phân cực α (hệ số phân cực) của phân tử. Chùm sáng laser có thể được coi là một sóng điện từ dao động với vector điện E. Khi tương tác với mẫu nó sẽ giảm momen lưỡng cực điện P = αE và làm biến dạng phân tử. Do hiện tượng biến dạng theo chu kỳ, phân tử sẽ bắt đầu dao động với tần số đặc trưng υm.
Hình 2.5. Sơ đồ biến đổi Raman
Biên độ dao động được gọi là chuyển vị hạt nhân. Ánh sáng laser đơn sắc với tần số kích thích các phân tử υ0 và chuyển chúng thành các lưỡng cực dao động. Các lưỡng cực dao động này phát ra ánh sáng ở 3 bước sóng khác nhau (Hình 2.5), các tương tác này lần lượt được gọi là tán xạ Rayleigh đàn hồi, tán xạ Stokes và tán xạ phản Stokes.
- Khoảng 99,999% các photon trải qua tán xạ Rayleigh đàn hồi. Loại tín hiệu này khơng sử dụng được cho mục đích mơ tả đặc điểm phân tử. Chỉ khoảng
0,001% ánh sáng tới tạo ra tín hiệu Raman khơng đàn hồi với tần số (υ0 ± υm). Tán xạ Raman đàn hồi rất yếu và phải có phương pháp đặc biệt để phân biệt nó với tán xạ chiếm ưu thế Rayleigh. Các thiết bị như bộ lọc khấc bỏ dải, bộ lọc điều chỉnh được, khe chặn laser, các hệ thống quang phổ kế hai hoặc ba lần được sử dụng để làm giảm tán xạ Rayleigh và thu nhận các phổ Raman chất lượng cao.
Các kết quả đo quang phổ Raman trong luận án được tiến hành trên thiết bị của Renishaw Invia (New Mills, Wotton-Under-Eagle, Anh) tại Đại Học Bách Khoa Hà Nội.