Chương 2 Các phương pháp tổng hợp và nghiên cứu đề tài
2.3. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất bột nano Y0.8Sr0.2FeO3
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ X-ray
Nguyên tắc chung: mạng lưới tinh thể gồm các nguyên tử hay ion phân bố một
cách đều đặn trong không gian theo một quy luật xác định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong tinh thể bằng khoảng vài Ao, tức xấp xỉ vài bước sóng tia X. Do đó khi chùm tia X gặp chùm tinh thể và đi vào bên trong nó thì tinh thể có thể đóng vai trị của một cách tử nhiễu xạ.
Phương pháp: Trong tinh thể, các nguyên tử, ion hay phân tử phân bố lặp đi
lặp lại trong không gian ba chiều theo quy định nhất định, tạo nên mạng tinh thể. Đơn vị mạng tinh thể là phần nhỏ nhất của mạng lặp đi lặp lại trong tinh thể. Đơn vị mạng tinh thể đặc trưng bởi hằng số mạng là các kích thước ba chiều a, b, c và các góc α, β và γ giữa các mặt phẳng tinh thể. Tinh thể được chia làm bảy loại dựa trên tính đối xứng của chúng. Mặt phẳng chứa các nút mạng, và gần nhất với một nút mạng được chọn làm gốc tọa độ, sẽ cắt ba trục mạng ở các điểm có giá trị a/h, b/h, c/h (hình 2.3).
nên mang mọi tính chất của sóng. Khi chiếu lên mạng tinh thể thì tia X sẽ bị phản xạ bởi các mặt phẳng mạng. Thông thường, tia X sẽ bị phản xạ từ tinh thể bởi các mặt phẳng mạng có độ lệch pha rất nhỏ. Các tia này gặp nhau, chồng lên nhau và triệt tiêu lẫn nhau. Chỉ với một góc đặc trưng nào đó thì các tia phản xạ mới cùng nhau và tăng cường lẫn nhau (hiện tượng giao thoa), khi đó sẽ có tia nhiễu xạ với cường độ lớn.[11]
Giả sử khi tia X phản xạ từ hai điểm A và B. Điều kiện giao thoa của hai tia này là chúng phải cùng pha, nghĩa là:
CB + CD = nλ
Nói cách khác: CB + BD = 2CB = 2AB sinθ = 2d sinθ
Khi đó: nλ = 2d sinθ
Biểu thức trên được gọi là nguyên lý Bragg. Trong đó λ là bước sóng tia tới, θ là góc Bragg, d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng mạng, n là bậc phản xạ. [11]
Hình 2.3. Hiện tượng nhiễu xạ tia X từ các mặt phẳng mạng tinh thể
Có hai loại thiết bị nhiễu xạ tia X chính: dạng bột và dạng tứ trục đơn tinh thể. Nhiễu xạ tia X có hai trục quay (2θ, ω, χ và φ), dùng để khảo sát phân bố các nút mạng trong không gian ba chiều của tinh thể. Trong cả hai trường hợp, mẫu đo quay góc θ (hay ω) trên vịng Rawland thỏa mãn điều kiện Bragg, cịn đầu dị quay góc 2θ. Những máy nhiễu xạ tia X đơn tinh thể hiện nay dùng đầu dò CCD (charge coupled device), hoặc
IP (imaging plate), cho phép khảo sát những tinh thể nhỏ dưới 0.1 mm với độ chính xác rất cao. [11]
Ta có thể tính kích thước trung bình của mẫu theo cơng thức Scherrer (sai số
50%) như sau: Φ =EE A kλA A βcosθA (3)
Trong đó: Φ: kích thước tinh thể
λ: bước sóng của bức xạ tia X (0.154nm)
k: hệ số (0.89)
β: độ rộng ở ½ chiều cao của peak sau khi trừ đi độ rộng do thiết bị (rad).P
[5]
Hình 2.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X chuẩn của các oxit sắt. Ứng dụng:
Phương pháp XRD được dùng để xác định cấu trúc, thành phần pha dựa trên số lượng, vị trí và cường độ các pick trên phổ nhiễu xạ tia X để suy đốn kiểu mạng từ đó xác định bản chất của vật thể. [5]
Trong đề tài này, phổ XRD được tiến hành đo trên máy D8-ADVANCE (hãng SX: Brucker Đức, anode: Cu, bước sóng: 1.54 AP
o
P
) tại viện Khoa học và Công nghệ Tp. HCM.
Xử lý mẫu: mẫu bột được nghiền nhỏ bằng cối (tránh để thiếu peak của chất đối với mẫu có kích thước lớn), sau đó, tạo mặt phẳng cho mẫu bột trên miếng nhựa hay thủy tinh và đặt vào máy. Tiếp theo, chỉnh các thông số trên máy đo XRD cho phù hợp như bước nhảy, detecto và đầu dò cùng bước nhảy độ 0.03P
o
P
, thời gian detector ghi tín hiệu là 0.8 giây, chỉnh góc đo (2θ) theo yêu cầu. Cuối cùng, máy tự hoạt động và cho kết quả giản đồ XRD.