PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu phi điện hóa 1. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) [48]
Phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái học của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng rộng rãi. Dải làm việc của kính hiển vi điện tử quét từ 10nm ÷ 100μm. Độ phân giải của nó trùng với kích thước hầu hết các phân tử từ 0,2 ÷ 10μm. Mẫu được chụp trên máy FE – SEM Hitachi S-4800 (Nhật).
Z”
2.2.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) [25,45]
Kính hiển vi điện tử truyền qua được phát triển từ năm 1930 là công cụ kỹ
thuật không thể thiếu được cho việc nghiên cứu vật liệu và y học. Dựa trên nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi quang học kính hiển vi điện tử truyền qua có ưu điểm nổi bật nhờ bước sóng của chùm điện tử ngắn hơn rất nhiều so với ánh sáng nhìn thấy nên nó có thể quan sát tới kích thước cỡ 0,2 nm.
Các điện tử từ catốt bằng dây vonfam đốt nóng đi tới anốt và được hội tụ bằng thấu kính từ lên mẫu đặt trong buồng chân không. Tác dụng của tia điện từ tới mẫu có thể tạo ra chùm điện tử thứ cấp, điện tử phản xạ, điện tử Auger, tia X thứ cấp, phát quang catôt và tán xạ không đàn hồi với các đám mây điện tử trong mẫu cùng với tán xạ đàn hồi với hạt nhân nguyên tử. Các điện tử truyền qua mẫu được khuếch đại và ghi lại dưới dạng hình ảnh huỳnh quang hoặc ảnh kỹ thuật số.
Khi chùm điện tử chiếu tới mẫu với tốc độ cao và trong phạm vi rất hẹp, các điện tử bị tán xạ bởi thế tĩnh điện giữa hạt nhân nguyên tử và lớp mây điện tử của vật liệu gây nhiễu xạ điện tử. Nhiễu xạ điện tử có thể cung cấp những thông tin rất cơ bản về cấu trúc tinh thể và đặc trưng của vật liệu. Chùm điện tử nhiễu xạ từ vật liệu phụ thuộc vào bước sóng của chùm điện tử với khoảng cách mặt mạng trong tinh thể, tuân theo định luật Bragg như đối với nhiễu xạ tia X.
Hình 17: Máy đo TEM
Khác với nhiễu xạ tia X, do bước sóng của chùm điện tử thường rất nhỏ nên ứng với các khoảng cách mặt mạng trong tinh thể thì góc nhiễu xạ phải rất bé cỡ dưới 0,01o. Tùy thuộc vào bản chất của vật liệu, ảnh nhiễu xạ điện tử thường là một loạt
những vòng sáng đối với mẫu có nhiều vi tinh thể định hướng ngẫu nhiên hoặc là mạng lưới riêng biệt những điểm sáng sắc nét đối với mẫu đơn tinh thể hay mẫu có kết cấu. Mỗi điểm sáng sắc nét trên ảnh nhiễu xạ vi điện tử là ảnh của nguồn điện.
Các ảnh TEM của vật liệu được chụp trên kính hiển vi điện tử truyền qua JEOL TEM 200CX (Nhật) có điện thế từ 40 ÷ 100 kV, độ phân giải với điểm ảnh là 0,2 nm, đối với ảnh mạng tinh thể là 0,15 nm, độ phóng đại từ 20 ÷ 500000 lần.
2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X [3]
Phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể và pha bằng nhiễu xạ tia X (XRD) dựa trên hiện tượng nhiễu xạ tia X bởi mạng tinh thể khi thỏa mãn điều kiện Bragg:
2dsinθ = nλ
Trong đó d là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử phản xạ, θ là góc phản xạ, λ là bước sóng của tia X và n là bậc phản xạ. Tập hợp các cực đại nhiễu xạ Bragg dưới các góc 2θ khác nhau có thể ghi nhận được bằng cách sử dụng đêtêctơ.
Theo phương pháp Debye (phương pháp bột) khoảng cách d giữa các mặt tinh thể xác định theo công thức:
12 12 ( 2 2 2)
hkl
h k l
d a (46)
Từ đó có thể tính được hằng số mạng:
adhkl (h2k2l2) (47)
Ngoài ra, phương pháp nhiễu xạ tia X cho phép xác định kích thước tinh thể dựa trên phương pháp phân tích hình dáng và đặc điểm của đường phân bố cường độ nhiễu xạ dọc theo trục góc 2θ.
Các giản đồ nhiễu xạ tia X được ghi trên máy SIEMENS D5000 của Đức, bức xạ với bước sóng λ = 1,5406Ao, cường độ dòng điện bằng 30mA, điện áp 40kV, góc quét bằng 2θ = 100 ÷ 700, tốc độ quét 0,0300/s. Để xác định các pha kết tinh dùng dữ liệu ATSM và được tiến hành trên máy tính, các cường độ phản xạ cùng được ghi trên cùng một thang.
2.2.4. Phổ hồng ngoại IR [4,19]
Phân tích phổ hồng ngoại ta xác định được vị trí (tần số) của vân phổ và cường độ, hình dạng vân phổ. Phổ hồng ngoại thường được ghi dưới dạng đường cong sự phụ thuộc của phần trăm truyền qua (100.I/Io) vào số song (ʋ). Sự hấp thụ của các nhóm nguyên tử được thể hiện bởi những vân phổ ở các số song xác định mà ta vẫn quen gọi là tần số. Như vậy dựa vào phổ hồng ngoại ta có thể phân tích cấu trúc phân tử bằng cách xác định các tần số đặc trưng của các nhóm cấu trúc. Sự dịch chuyển của các tần số và sự thay đổi hình dạng, cường độ vân phổ phản ánh sự tương tác của các nhóm các liên kết cạnh nhau trong phân tử.
Chương 3