Chương 1 TỔNG QUAN
1.6.1. Nhiễu xạ ti aX
Nhiễu xạ tia X (XRD) là phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể cho phép xác định kiểu ô mạng cũng như thông số mạng dựa trên các peak (pic) đặc trưng cho cấu trúc đó. Xác định cấu trúc và thành phần bằng XRD thường là bước đầu tiên trong nghiên cứu các vật liệu rắn. Khả năng phân tích nhanh, ít tốn mẫu, khơng phá hủy mẫu, chuẩn bị mẫu và vận hành đơn giản là một trong những ưu điểm của phương pháp này.
Khi tia X tương tác với vật liệu sẽ bị nhiễu xạ tại mỗi vị trí nguyên tử, tập hợp các tia nhiễu xạ có cùng pha sẽ tăng cường lẫn nhau. Trong vật liệu có cấu trúc tinh thể, các nguyên tử sắp xếp đều đặn trong không gian tạo thành các mặt mạng tinh thể và phản xạ tia X như một gương phẳng. Các mặt mạng trong cùng một họ sắp
xếp song song với nhau và cách cách nhau một khoảng cách d thích hợp để các tia nhiễu xạ tăng cường lẫn nhau sẽ tạo thành mũi nhiễu xạ. Đó là nguyên lý của sự giao thoa áp dụng vào vật liệu có cấu trúc tinh thể được Bragg đề nghị vào năm 1913.
Khoảng cách d thích hợp để xảy ra sự giao thoa là khi tia tới và tia phản xạ cùng pha hay hiệu quang lộ bằng một số nguyên lần bước sóng. Từ sơ đồ nhiễu xạ trong Hình 1. 8, có thể đưa ra cơng thức của định luật Bragg về nhiễu xạ tia X:
nλ = 2 d sin θ
Trong đó d là khoảng cách giữa các mặt mạng nhiễu xạ, λ là bước sóng của tia X, số nguyên n được gọi là bậc nhiễu xạ và thường lấy bằng 1. Vì λ là một hằng số nên các mặt mạng của tinh thể chỉ nhiễu xạ ở một góc 2θ nhất định.
Hình 1.16. Sơ đồ nhiễu xạ tia X trong tinh thể
Các mặt mạng trong tinh thể được kí hiệu bằng chỉ số Miller (hkl) với h, k và l tương ứng là giao điểm của mặt mạng với các trục tinh thể như được minh họa trong Hình 1. 13. Các chữ số âm được kí hiệu bằng chữ số có gạch đầu. Mặt mạng (hkl) song song với mạng (nh nk nl) và khoảng cách nhỏ nhất giữa chúng là d.
Những đặc trưng của giản đồ XRD bao gồm số lượng, vị trí, hình dạng, cường độ, bề rộng của các mũi nhiễu xạ và đường nền. Giản đồ XRD có thể cho biết thành phần pha dựa vào số lượng và vị trí của các mũi, từ đó có thể tính tốn được thơng số mạng của tinh thể. Cường độ của mũi nhiễu xạ phụ thuộc vào vị trí của nguyên tử trong ơ mạng, ngồi ra cường độ đó cũng tăng tỉ lệ với hàm lượng của pha hoặc số lượng mặt mạng nhiễu xạ tương ứng trong vùng tương tác với tia X nên có thể sử
dụng đường chuẩn cường độ để xác định hàm lượng. Hình dạng và bề rộng mũi nhiễu xạ cũng như đường nền nói lên mức độ tinh thể hóa của vật liệu. Mức độ tinh thể hóa càng cao thì mũi càng hẹp, cường độ càng cao, đường nền càng thấp và tương ứng với điều đó có thể là kích thước hạt lớn.