quá trình tổng hợp được mang đi xác định thành phần cấu trúc, kích thước hat,...
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái và kích thước vật liệu liệu
a. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)[2]
Kỹ thuật nhiễu xạ tia X cung cấp một số thông tin chủ yếu đối với vật liệu nghiên cứu như: sự tồn tại các pha định tính, định lượng, hằng số mạng tinh thể, kích thước mạng tinh thể, sự kéo căng micro, sự kéo căng trong giới hạn mạng tinh thể do khuyết tận trong mạng tinh thể gây ra. Thêm vào đó sử dụng kĩ thuật Fourier phân tích hình dạng của pic thu được sự phân bố kích thước của các vi tinh thể.
Sự tồn tại pha định tính, định lượng được nhận dạng chủ yếu dựa vào vị trí, cường độ, diện tích thu được từ nhiễu xạ nghiêng.
Hằng số mạng của tinh thể: trên cơ sở các giá trị d thu được từ giản đồ nhiễu xạ tia X ta tính được hằng số mạng của hạt tinh thể thơng qua các biểu thức:
Hệ lập phương :
Trong đó : h, k, l là chỉ số Miller của họ mặt mạng, a là thông số mạng tinh thể,
dhkl (Å) là khoảng cách giữa hai mặt mạng kề nhau trong họ mặt mạng trên, được xác định trên giản đồ nhiễu xạ tia X.
d2 = a 2 (h2 + k2 + l2)
Kích thước hạt tinh thể thu được từ phương pháp nhiễu xạ tia X được tính theo cơng thức Debye-Scherrer:
r = 0,89. λ Β.cosθB Trong đó: r: là kích thước hạt tinh thể (Å).
λ (Å): là độ dài bước sóng tia X khi dùng anot Cu:K 0,9.
β (radian): là bề rộng tại một nửa chiều cao của pic gây ra bởi kích thước hạt tinh thể.
θB: là góc Bragg.
Giản đồ nhiễu xạ tia X được ghi trên máy Simemens D5000 tại phịng Thí nghiệm trọng điểm, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam.
b. Phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM)
Phương pháp sử dụng kính hiển vi điển tử quét (SEM-Scanning Electronic Microscopy).
Phương pháp SEM được sử dụng để xác định hình dạng và cấu trúc bề mặt của vật liệu. Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được những bức ảnh 3 chiều chất lượng cao và khơng địi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu. Tuy nhiên, phương pháp SEM có độ phóng đại nhỏ hơn so với phương pháp TEM. Phương pháp SEM đặc biệt hữu dụng, bởi vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi từ 10 đến 100.000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị hai chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề mặt.
Ảnh vi cấu trúc và hình thái học của vật liệu được chụp bằng kính hiển vi điện tử nhiễu xạ trường trên máy Hitachi S-4800 (Nhật Bản), tại phịng thí nghiệm kính hiển vi điện tử, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.
c. Phương pháp phổ UV-Vis[8]
Phương pháp phổ UV-Vis gắn liền với các bước chuyển điện tích của các electron từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích (n → σ*, n → π*, π → π*) khi hấp thụ năng lượng ánh sáng. Năng lượng hấp thụ của phân tử ứng với mỗi bước sóng ánh sáng được xác định bởi cơng thức ΔE = hc/λ. Đường cong biểu diễn độ hấp thụ quang vào bước sóng hay số sóng trong vùng tử ngoại – khả kiến gọi là phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến hay phổ hấp thụ UV-Vis (Ultravis-Visible). Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến được dùng nhiều trong nghiên cứu cấu trúc của phức chất, chất hữu cơ và được sử dụng trong phân tích định lượng bằng phương pháp trắc quang.
Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến được ghi trên máy UV-1800 (Shimadzu, Nhật Bản) trong vùng 190 nm - 1100 nm tại phịng Vật liệu vơ cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
d. Phương pháp phân tích nhiệt
Từ giản đồ nhiệt với các đường DTA, DTG, TG thu được từ bộ phận xử lí thơng tin ta giải thích được các q trình hóa lí xảy ra khi tiến hành nung mẫu có chứa từ một đến nhiều cấu tử. Đó là q trình chuyển hóa thù hình (qua DTA), các quá trình phân hủy chất, các quá trình phản ứng xảy ra giữa chất nghiên cứu và khí quyển trong lị nung. Các thơng tin thu được xảy ra từ giản đồ nhiệt không những cho phép xác định thành phần định tính và định lượng của các pha có trong mẫu, mà cịn cho phép tiến hành tính tốn các giá trị nhiệt động và động học của quá trình xảy ra khi nâng nhiệt.
Ứng dụng của phương pháp phân tích nhiệt là rất rộng lớn: nghiên cứu và sản xuất polime, các vật liệu silicat (xi măng, gốm, sứ, thủy tinh, vật liệu chịu lửa) và tính chất đặc trưng các vật liệu mới (gốm kỹ thuật, gốm bán dẫn, siêu dẫn, vật liệu từ, quang học...) thăm dị địa chất khống sản, ngành luyện kim, sản xuất thuốc y dược...Do đó phương pháp phân tích nhiệt có vai trị rất quan trọng trong đời sống và sản xuất của con người.
Các giản đồ TGA, DTA được ghi trên máy Seterarm (Pháp) tại phịng Vật liệu Vơ cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
e. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
Phương pháp phổ tán xạ tia X là phương pháp dùng xác định thành phần các nguyên tố hóa học của chất rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong cáckính hiển vi điện tử).
Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử ở đó, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao tương tác với vật rắn. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley:
Có nghĩa là, tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này (xem chi tiết về cơ chế tạo tia X).
Có nhiều thiết bị phân tích EDX nhưng chủ yếu EDX được phát triển trong các kính hiển vi điện tử, ở đó các phép phân tích được thực hiện nhờ các chùm điện tử có năng lượng cao và được thu hẹp nhờ hệ các thấu kính điện từ. Phổ tia X phát ra sẽ có tần số (năng lượng photon tia X) trải trong một vùng rộng và được phân tích nhờ phổ kế tán sắc năng lượng do đó ghi nhận thơng tin về các nguyên tố cũng như thành phần. Kỹ thuật EDX được phát triển từ những năm 1960 và thiết bị thương phẩm xuất hiện vào đầu những năm 1970 với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li hoặc Ge [3].
Phổ EDX được ghi trên chụp bằng kính hiển vi điện tử nhiễu xạ trường trên máy Hitachi S-4800 (Nhật Bản), tại phịng thí nghiệm kính hiển vi điện tử, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương.
f. Phương pháp xác định diễn tích bề mặt riêng BET
Hiện nay phương pháp BET được ứng dụng rất phổ biến để xác định diện tích bề mặt riêng của các chất hấp phụ rắn.
Quá trình xác định diện tích bề mặt được tiến hành trên máy Autosorb iQ Station 1 (Mỹ) tại Viện Khoa học Vật liệu Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Trước tiên, mẫu vật liệu được làm sạch hơi nước và tạp chất trong dịng He. Q trình hấp phụ vật lý N2 được tiến hành trong dòng N2 ở nhiệt độ -1700C đến - 180oC (sử dụng N2 lỏng làm chất làm lạnh). Lượng N2 hấp phụ và khử hấp phụ được xác dịnh bằng detetor TCD.