2.4.1 .Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu
2.6. Các phƣơng pháp nghiên cứu
2.6.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ ti aX (XRD)
Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X là một kỹ thuật đƣợc ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc và nhận dạng pha tinh thể. Ngoài ra, kỹ thuật này cũng cho phép ƣớc lƣợng kích thƣớc nano tinh thể trong mẫu.
a, Nguyên tắc:
Nhiễu xạ tia X là một phƣơng pháp quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc vật liệu rắn. Các bƣớc sóng của tia X nằm trong khoảng từ 1 đến 50Å. Chúng có năng lƣợng lớn nên xuyên vào chất rắn. Khi chiếu tia X vào các mạng tinh thể, các tia X phản xạ từ hai mặt liên tiếp nhau có hiệu quang trình :
Khi các tia này giao thoa với nhau, ta sẽ thu đƣợc cực đại nhiễu xạ thỏa mãn phƣơng trình Vulf- bragg:
= 2.d.sin = n.
Trong đó:
d: khoảng cách giữa hai mặt song song.
: là góc giữa tia X và mặt phẳng pháp tuyến.
n: là số bậc phản xạ (n = 1, 2, 3, 4...).
Nhƣ vậy khoảng cách giữa các mạng lƣới tinh thể là:
sin . 2 n d 2 2' 1 1' A B C I II d O
Hình 2.1. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể khi lan truyền tia X trong vật rắn tinh thể
Từ các cực đại nhiễu xạ trên giản đồ nhiễu xạ tia X, tìm đƣợc 2 thì có thể tính đƣợc d. So sánh giá trị d tìm đƣợc với d chuẩn trong cơ sở dữ liệu của máy sẽ xác định đƣợc cấu trúc của mẫu.
Kích thƣớc nhỏ cỡ nm của tinh thể có thể ảnh hƣởng đáng kể tới độ rộng vạch nhiễu xạ tia X. Khi kích thƣớc hạt giảm, các vạch nhiễu xạ quan sát đƣợc mở rộng một cách đáng kể so với các vạch tƣơng ứng trong vật liệu khối. Kích thƣớc
hạt có thể đƣợc đánh giá từ độ rộng của vạch nhiễu xạ tƣơng ứng với mặt phẳng phản xạ (hkl) từ công thứ Debye - Scherrer:
cosθ . β λ . 0,89 r Trong đó: r: kích thƣớc hạt trung bình (nm) λ: bƣớc song cuvet bằng đồng (λ = 1,5406 Ao )
β: là độ rộng (FWHM) tại nửa độ cao của đỉnh nhiễu xạ cực đại (radian) θ: góc nhiễu xạ Bragg ứng với đỉnh nhiễu xạ cực đại (độ)
b, Thực nghiệm:
Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của tất cả các mẫu đƣợc ghi trên máy D8 – Advance 5005 tại Khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.
Điều kiện ghi nhiễu xạ đồ:
- Ống phát tia X bằng Cu, Kα = 1,5406 A˚ (λ = 1,5406 Ao) - Nhiệt độ : 25°C
- Góc quét 2
- Tốc độ quét 0,03 độ/phút.