Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X đƣợc ứng dụng rộng rãi trong khoa học vật liệu để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu. Ngoài ra, phƣơng pháp này còn đƣợc ứng dụng để xác định pha tinh thể, kích thƣớc hạt trung bình…
Ngun tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể đƣợc xây dựng từ
các nguyên tử, phân 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 lƣới tinh thể thì mạng lƣới này đóng vai trị nhƣ một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, phân tử và ion phân bố trên các mặt phẳng song song khi bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Hiệu quang trình của hai tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt phẳng song song cạnh nhau đƣợc tính theo cơng thức:
= 2.dhkl.sinhkl (2.18)
Khi các tia này giao thoa với nhau, sẽ thu đƣợc các cực đại nhiễu xạ thoả mãn phƣơng trình Vulf – Bragg: = 2.dhkl.sinθhkl = n (2.19)
Trong đó: - Hiệu quang trình của hai tia phản xạ,
θhkl - Góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ, dhkl - Khoảng cách giữa hai mặt phản xa ̣,
h,k,l - Chỉ số Miller,
n - Các số nguyên 0, 1, 2… chỉ các bậc phản xạ.
Phƣơng trình Vulf-Bragg là phƣơng trình cơ bản dùng để nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể. Khi biết các giá trị góc quét , θhkl ta có thể xác định đƣợc d. So
sánh giá trị của d với d chuẩn, sẽ xác định đƣợc thành phần, cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu (vì mỗi chất có các giá trị d đặc trƣng riêng).
Kích thƣớc hạt trung bình của vật liệu đƣợc xác định theo phƣơng trình Debye – Scherre:
𝑟 = 0,89.
𝛽 .𝑐𝑜𝑠𝜃 (2.20)
Trong đó: 𝑟 - kích thƣớc hạt trung bình, λ- bƣớc sóng tia X, β- độ rộng tại nửa chiều cao vạch nhiễu xạ cực đại, θ - góc nhiễu xạ của vạch nhiễu xạ cực đại.
Thực nghiệm: Giản đồ XRD của các mẫu kết tủa đƣợc ghi trên máy
D8 ADVANCE-Bruker, tại Khoa Hoá học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN. Điều kiện ghi: ống phát tia Rơnghen làm bằng Cu với bƣớc sóng k = 1,5406 Å, nhiệt độ 25oC, góc quét 2θ tƣơng ứng với mỗi chất, tốc độ quét 0,02o/s.