Chương 2– THỰC NGHIỆM
2.3. Các phương pháp vật lí và hóa học được sử dụng trong nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp đo đường cong phân cực (polarization curve) [7]
Bằng thiết bị Potentiostat duy trì giá trị thế khơng đổi trên điện cực làm việc WE so với điện cực so sánh RE; Áp lên điện cực làm việc những giá trị thế điện cực khác nhau và ghi lại các giá trị dòng tương ứng. Từ các giá trị thực nghiệm đo các giá trị dòng i phụ thuộc điện thế E cho phép vẽ đường phân cực i - f(E) hoặc E - lgi.
Từ các đồ thị đó cho phép xác định thế ăn mịn Eam và dòng ăn mòn iam của hệ khảo
sát.
Một ưu điểm quan trọng của phương pháp đo đường cong phân cực thế động là trên đường phân cực i - f(E) có xuất hiện miền thụ động. Điều này rất quan trọng đối với việc nghiên cứu khả năng thụ động của các kim loại và hợp kim, khả năng tạo thụ động của các hệ chất oxi hoá khử thêm vào dung dịch. Phương pháp này rất tiện lợi cho việc nghiên cứu đánh giá tốc độ ăn mòn, khả năng ức chế của các chất ức chế đối với thép trong môi trường kiềm cũng như gần trung tính. Cần phải lưu ý
rằng phương pháp ngoại suy các đường Tafel để tính giá trị Eam và iam chỉ chính xác
đối với hệ ăn mịn chỉ có hai hệ oxi hố khử (sự hoà tan kim loại và sự khử hiđro hoặc là oxi). Trong điều kiện ăn mịn xảy ra có sự phân cực nồng độ thì phép ngoại suy sẽ khơng cịn chính xác nữa. Ví dụ việc đo phân cực catot và anot của kim loại trong môi trường axit yếu để đánh giá tốc độ ăn mịn có độ tin cậy kém.
2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) [8]
Chùm tia điện tử đi qua các thấu kính điện từ hội tụ thành một điểm rất nhỏ chiếu lên bề mặt mẫu nghiên cứu. Khi các điện tử của chùm tia tới va chạm với các ngun tử ở bề mặt vật rắn thì có nhiều hiệu ứng xảy ra. Cho chùm tia điện tử quét lên mẫu và quét một cách đồng bộ một tia điện tử trên một màn hình. Thu và khuếch đại một loại tín hiệu nào đó từ mẫu phát ra để làm thay đổi cường độ sáng của tia điện tử quét trên màn hình, khi đó chúng ta thu được hình ảnh.
Trong kính hiển vi điện tử quét có dùng các thấu kính, nhưng chỉ để tập trung chùm điện tử thành điểm nhỏ chiếu lên mẫu chứ khơng dùng thấu kính để phóng đại. Cho tia điện tử quét trên mẫu với biên độ nhỏ d (cỡ micromet) còn tia điện tử quét trên màn hình với biên độ lớn D (tuỳ theo kích thước màn hình), ảnh có độ phóng đại D/d. Ảnh được phóng đại theo phương pháp này thì mẫu khơng cần phải cắt lát mỏng và phẳng, cho phép quan sát được mẵu kể cả khi bề mặt mấp mơ.
Độ phóng đại của kính hiển vi điện tử quét thông thường từ vài chục đến vài trăm ngàn lần, năng suất phân giải phụ thuộc vào đường kính của chùm tia chiếu hội tụ trên mẫu. Với sóng điện tử thơng thường (dây sợi đốt hình chữ V), năng suất phân giải là 5nm đối với ảnh bề mặt bằng cách thu điện tử thứ cấp, do đó cho ta thấy được các chi tiết thô trong công nghệ nano.
2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [8]
Cho chùm tia X truyền qua một chất ở trạng thái rắn hoặc khí, chùm tia này sẽ tương tác với các điện tử trong các nguyên tử của chất nghiên cứu hoặc ngay cả với nhân nguyên tử nếu chùm tia X có năng lượng đủ lớn. Một phần năng lượng tia X sẽ bị mất do hiệu ứng tán xạ, phương truyền của chùm tia X sẽ bị thay đổi khi tương tác, khi đó tán xạ có thể làm thay đổi hoặc khơng làm thay đổi bước sóng của bức xạ tia tới (Hình 2.3).
Hình 2.3: Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể
Theo nguyên lí cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xác định từ các nguyên tử hoặc ion phân bố đều đặn trong không gian theo một qui luật xác định. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào trong mạng lưới thì mạng lưới này sẽ đóng
vai trị như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, các ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ trở thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Theo phương trình Bragg:
λ = 2*d*sinθ Trong đó: λ: Bước sóng chùm tia tới.
d: Khoảng cách giữa hai mặt phẳng nguyên tử thuộc mạng lưới tinh thể phân tích. θ: Góc giữa chùm tia X với mặt phẳng phản xạ.
Khi chiếu chùm tia X lên mẫu với các góc khác nhau ta thu được giản đồ nhiễu xạ tia X. Mỗi tinh thể của một chất có một bộ các giá trị d và cường độ đặc trưng tương ứng. Việc tìm ra trên giản đồ đó sự giống nhau cả về vị trí lẫn cường độ của chất nghiên cứu và chất chuẩn đã biết là cơ sở của phép đo định tính.
Hình 2.4: Sơ đồ ngun lí cấu tạo máy phân tích XRD
Trên hình 2.4 trình bày sơ đồ nguyên lí của một máy phân tích rơnghen, chùm tia X phát ra từ anốt của một ống phát một chiếu đến mẫu mghiên cứu 2. Các nguyên tử của nguyên tố trong thành phần mẫu bị kích thích và phát ra các tia đặc trưng. Các tia X với độ dài song khác nhau phản xạ trên mặt mẫu, đi qua hệ trực chuẩn 3. Các tia phân kì theo các phương khác nhau sẽ hấp thụ ở mặt bên trong của ống, các tia xuất phát từ mẫu 2 sẽ tách thành các vạch trên giản đồ nghĩa là phân bố theo độ dài bước song nhờ tinh thể phân tích 4. Tia phản xạ từ tinh thể phân tích 4 qua hệ chuẩn trực 5 sẽ thu được bằng detecter 6, sau đó được khuếch đại, chuẩn hoá, rồi ghi lại bằng máy chỉ thị khác nhau.
2.3.3. Phương pháp đo phổ hồng ngoại (IR) [9]
Khi phân tử chất nghiên cứu bị hấp thụ bức xạ hồng ngoại, các nhóm nguyên tử của nó sẽ hấp thụ năng lượng và thay đổi trạng thái dao động, tạo nên các đỉnh hấp thụ đặc trưng trên phổ IR. Bước sóng xuất hiện các đỉnh và tập hợp các đỉnh là cơ sở của việc định tính trong phương pháp này. Dựa vào đó chúng ta có thể xác định được các nhóm chức và cấu trúc khung phân tử của chất nghiên cứu.