2.6 Một số phương pháp phân tích
2.6.1 Các phép đo cấu trúc hình thái của vật liệu a) Phương pháp nhiễu tia X (XRD)
Cơ sở của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào hiện tượng nhiễu xạ của chùm tia X trên mạng lưới tinh thể. Khi bức xạ tia X tương tác với vật chất sẽ tạo hiệu ứng tán xạ đàn hồi với các điện tử của các nguyên tử trong vật liệu có cấu trúc tinh thể, sẽ dẫn đến hiện tượng nhiễu xạ tia X. Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trị như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử hoặc ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Mặt khác, các nguyên tử hoặc ion này được phân bố trên các mặt phẳng song song.
Trong nghiên cứu này, pha của mẫu được xác định bằng các phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) với hệ đo Philips X'Pert với bức xạ Cu-Kα trong phạm vi 10°≤ 2θ ≤ 100°
b) Phương pháp tán xạ Raman
Quang phổ Raman là một kỹ thuật phân tích hóa học khơng phá hủy, cung cấp thơng tin chi tiết về cấu trúc hóa học, pha và đa hình, độ tinh thể và tương tác phân tử. Nó dựa trên sự tương tác của ánh sáng với các liên kết hóa học trong vật liệu. Raman là một kỹ thuật tán xạ ánh sáng, theo đó một phân tử tán xạ ánh sáng tới từ nguồn sáng laser cường độ cao. Hầu hết ánh sáng tán xạ có cùng bước sóng (hoặc màu sắc) với nguồn laser và không cung cấp thông tin hữu ích, được gọi là tán xạ Rayleigh. Tuy nhiên, một lượng nhỏ ánh sáng (thường là 0,0000001%) bị phân tán ở các bước sóng khác nhau (hoặc màu sắc), phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của chất phân tích, được gọi là Raman Scatter. Phổ Raman có một số cực đại, cho biết
28
cường độ và vị trí bước sóng của ánh sáng tán xạ Raman. Mỗi đỉnh tương ứng với một dao động liên kết phân tử cụ thể, bao gồm các liên kết riêng lẻ như C-C, C = C, N-O, C-H, ... và các nhóm liên kết như vòng benzen, chuỗi polyme, liên kết mạng.
Trong nghiên cứu này, các nhóm liên kết hóa học của vật liệu được phân tích bằng quang phổ Raman thực hiện trên hệ đo Raman Renishaw InVia Microscope.
c) Phương pháp hấp thụ đẳng nhiệt (BET)
Hấp phụ được định nghĩa là sự bám dính của các nguyên tử hoặc phân tử khí vào một bề mặt. Lượng khí bị hấp phụ phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc nhưng cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất khí và cường độ tương tác giữa khí và chất rắn. Trong phân tích diện tích bề mặt BET, nitơ thường được sử dụng vì có độ tinh khiết cao và tương tác mạnh với hầu hết các chất rắn. Vì sự tương tác giữa pha khí và pha rắn thường yếu nên bề mặt được làm mát bằng cách sử dụng chất lỏng N2 để thu được lượng hấp phụ có thể phát hiện được. Một lượng khí nitơ đã biết sau đó sẽ được giải phóng từng bước vào tế bào mẫu. Áp suất tương đối nhỏ hơn áp suất khí quyển đạt được bằng cách tạo ra điều kiện chân không riêng phần. Sau áp suất bão hịa, khơng xảy ra hiện tượng hấp phụ nữa bất kể áp suất tăng lên nữa. Bộ chuyển đổi áp suất có độ chính xác cao và chính xác theo dõi sự thay đổi áp suất do quá trình hấp phụ. Sau khi các lớp hấp phụ được hình thành, mẫu được đưa ra khỏi khí quyển nitơ, được nung nóng để giải phóng nitơ bị hấp phụ ra khỏi vật liệu và được định lượng. Dữ liệu thu thập được hiển thị dưới dạng đường đẳng nhiệt BET, biểu đồ lượng khí được hấp thụ dưới dạng hàm của áp suất tương đối.
Mẫu nghiên cứu được khảo sát diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ mao quản qua phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (BET) trên máy The Micromeritics Gemini VII 2390
d) Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM)
Hình dạng và kích thước tinh thể của mẫu chế tạo được khảo sát bằng phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM, JEON) tại viện Khoa học và công nghệ tiên tiến (AIST), trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Phương pháp FE-SEM phát ra các tín hiệu từ bề mặt mẫu khi quét một chùm tia điện tử hẹp có bước sóng khoảng vài angstrom lên bề mặt mẫu nghiên cứu và chuyển thành tín hiệu hiển thị trên màn hình và độ phân dải cao từ 10-8-10-9 Torr. Kính hiển vi điện tử quét bao gồm: súng điện tử, tụ kính, buồng tiêu bản, hệ thống đầu dò điện tử, hệ thống khuếch đại - máy tính và màn hình để quan sát ảnh. Chùm điện tử xuất phát từ súng điện tử đi qua tụ kính, rồi vật kính, sau đó chùm tia hội tụ và quét trên toàn bộ bề mặt của mẫu, sự tương tác của chùm điện tử tới với bề
29 mặt mẫu tạo ra các tia khác nhau (điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngược, điện tử Auger, tia huỳnh quang catot, tia X đặc trưng...). Hình ảnh hiển vi điện tử quét được phản ảnh lại bởi các điện tử thứ cấp và điện tử tán xạ ngược thu được nhờ các đầu dò gắn bên sườn của kính. Tia X đặc trưng có khả năng phản ánh thành phần nguyên tố trong mẫu phân tích nhờ bộ phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS – Energy Dispersive X- ray Spectroscopy). Buồng mẫu của hệ có thể nằm ở hai chế độ chân không cao hoặc thấp. Đặc trưng của SEM là các thơng số: độ phóng đại M, độ phân giải d và điện áp gia tốc U.
2.6.2 Các phép đo điện hóa
Kiểm tra tính chất điện hóa của pin Li-ion đã chế tạo được thực hiện qua các phép đo sạc/xả và quang phổ trở kháng điện hóa (EIS) được thực hiện trên máy đo Zhaner’s Zennium (hình 2.9).