CHUONG II: THỰC NGHIEM IL1. ˆ HÓA CHAT VA THIET BỊ
11.3. CAC PHUONG PHAP PHAN TICH
11.3.1. Kỹ thuật nhiễu xa tia X - XRD:
Đây là một kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi nhất dé nghiên cứu cấu trúc của vật liệu và tinh thé. Phương pháp nhiễu xạ tia X có thé dùng cho cả dạng bột và dạng viên có bề mặt nhẫn [26].
Nguyên tắc: Khi chiếu chùm bức xạ Rơnghen (tia X) qua các vật liệu có định hướng cấu trúc, nếu gặp phải các phan tử cấu tao (các ion, các nguyên tử) thì tia X sẽ bi phản xạ, sự phản xạ này được xem như phản xạ tia X từ các mặt tinh thể. Phần lớn tia không gặp các phan tử cu tao sẽ đi qua tinh thé (hay vat liệu). Hiện tượng giao thoa sẽ xảy ra khi hiệu quang lộ bằng số nguyên lần bước sóng tia tới, tức là
phải thỏa man phương trình Braggs:
24sin ỉ = n => d = ` (2.1)
Với: ^ : chiều dài bước sóng tới (nm),
0 : góc nhiễu xạ (°) d : khoảng cách 2 mạng tinh thé (duj):n : số nguyên (1, 2, 3,...)
Trong luận văn này, bột tinh thể LCO và LSCF6428 được phân tích nhiễu xạ tia X trên máy D8 Advance — Bruker AXS (Germany), trang bị nguồn CuKơ, góc quét 20=10+80°, bước quét 0.039/step. Tất cả kết quả XRD của LCO và LSCF6428 được so sánh với phố chuân của Lanthanum Cobalt Oxide — LaCoO3 JCPDS 86- 1665 (hình 2.5) và phố chuẩn của LSCF 6428 JCPDS 48-0124 (hình 2.6).
Kích thước tinh thé được tính toán dựa trên phương trình Scherrer [26 |
— 0.94 Bcosé (2.2)
Trong do
D : kích thước tinh thé (nm) B-FWHM_ :chiéu rộng tai vi trí 1⁄2 chiều cao của peak.
Intensity (a.u)
LCO JCPDS 86-1665
20 40 00. 7 80
Two theta (degree)
Hình 2. 5: Phổ chuẩn của LaCoO; JCPDS 86 — 1665
Intensity (a.u)
1
LSCF 6428 JCPDS 48-0124
20 . 40 60 ) 80
Two theta (degree)
Hình 2. 6: Phổ chuẩn của Lag 6Sr0.4C00.2.F€o,3 JCPDS 48 — 0124
11.3.2. Phân tích hiển vi điện tử - SEM:
Nguyên tac của phương pháp hién vi điện tử quét là dùng chùm điện tử quét
lên bê mặt mau và thu nhận lại chùm tia phản xạ. Chum electron sẽ chiêu qua mau và độ nhạy của tín hiệu sẽ được tạo ra giữa chùm electron và mâu đo và sẽ được lưu
trữ trong bộ nhớ của máy tính. Giá tri lưu trữ sẽ được phản xạ như là sự biến thiên
độ sáng hién thi trên màn hình. Qua việc xử ly chùm tia phan xa này, có thé thu được những thông tin về hình ảnh bề mặt mẫu để tạo ảnh của mẫu nghiên cứu [27].
Phương pháp kính hién vi điện tử quét quan sát mẫu với độ phóng dai rất lớn, từ hang nghìn đến hàng chục nghìn lần. Việc tăng độ phóng đại bang cách giảm kích thước ở khu vực quét trên mẫu.
Chùm điện tử được tạo ra từ catod qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Chùm điện tử đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp. Mỗi điện tử phát xạ nay qua điện thé gia tốc vào phan thu và biến đổi thành tín hiệu sáng, chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiến tạo độ sáng trên màn hình. Tín hiệu thứ cấp là tín hiệu được sử dụng nhiều. Nó thay đổi theo đặc trưng địa hình của bề mặt mẫu nhiều giống như là trên không gian ảnh: cạnh sáng, hốc tối.
Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn hình. Độ sáng tối trên màn hình phụ thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời còn phụ thuộc vào bề mặt của mẫu nghiên cứu.
Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được những bức ảnh ba chiều rõ nét và không đòi hỏi khâu chuẩn bị mẫu quá phức tạp. Tuy nhiên, phương pháp
này có độ phóng đại nhỏ hơn phương pháp TEM [27].
Hình thái và kích thước của mẫu bột LCO và LSCF6428 tổng hợp trong điều kiện thí nghiệm này được xác định bang phương pháp SEM trên kính hién vi điện tử
quét JEOL-JSM-7401F.
11.3.3. Phương pháp do UV-DR:
Xác định band gap là quan trọng đối với vật liệu bán dẫn, vật liệu nano và trong ngành công nghiệp năng lượng. Giá trị band gap có thể xác định bằng cách đo quang phố hap phụ UV [28].
Nguyên lý của phương pháp này dựa trên cơ sở phô hap thu electron từ vùng tử ngoại và khả kiến. Năng lượng của phân tử là:
E= Eetectron + Eaao dong + Equay
Khi đó, sự bién thiên năng lượng của phân tử:
AE= AE electron + AE dao động + AE quay
Trong đó, biến thiên của năng lượng electron luôn luôn lớn hơn biến thiên năng lượng dao động (khoảng 10 đến 100 lần). Biến thiên của năng lượng dao động lớn hơn biến thiên năng lượng quay rất nhiều (khoảng 100 đến 1000 lần) [40].
Tan số của những lượng tử năng lượng phát ra hay hap thu có những biến thiên năng lượng đó luôn luôn tính theo điều kiện tần số của Bohr:
AE = hv
Ngoài ra, thông qua kết quả phân tích pho hấp thu ánh sáng UV-VIS của các mẫu chất răn có thể xác định bước sóng mà ở đó có sự dịch chuyển từ vùng hấp thụ mạnh sang vùng không hấp thụ ánh sáng UV-VIS. Nguyên tắc của phương pháp này là xác định giao điểm của hai tiếp tuyến với hai phần đồ thị biéu diễn độ hap thu ánh sáng của vật liệu trong vùng hấp thu mạnh sang vùng không hấp thu ánh sáng. Từ kết quả xác định bước sóng chuyển của vùng hấp thụ ta có thé xác định năng lượng vùng cắm Eg của vật liệu theo công thức: [41]
Ens = 1239.,9/À
Trong đó, 2. là bước sóng chuyền vùng hap thu của vật liệu.
Trong luận văn này, vật liệu LCO và LSCF được đo quang phố UV-DR trên
may Spectrometer JASCO Corp., V-500, Rev. 1.00.
11.3.4. Phương pháp do BET:
Dé do bề mặt riêng, dùng phương pháp hap phụ da phân tir BET đối với nito lỏng ở nhiệt độ 77 K. Phương pháp nitơ lỏng còn cung cấp các thông số thể tích lỗ xốp, đường kính mao quản của chất hap phụ.
Phương trình BET trên thực tế tuyến tính trong vùng X từ 0.05 — 0.3 (X=
P/P, áp suất tương đối).
Diện tích bề mặt riéng cua mau duoc tinh theo công thức [29] sau:
S.= — (2.3)
Với S,: Diện tích bề mặt riéng cua mau (cm*/ g)
Vim Thể tích khí dé hình thành đơn lớp khí hấp phụ (cm”) So: Diện tích bề mặt của 1 em” khí N; cần dé hình thành đơn lớp W: Khối lượng mẫu (g)
Xác định diện tích bề mặt riêng BET mẫu LCO và LSCF (nhiệt độ nung 900°C trong | giờ và 700°C trong 4 giờ) trên máy Quantachrome Instruments Nova
220 [30].
11.3.5. Phương pháp do UV-VIS:
Trong nghiên cứu nay, sử dung phương pháp do UV-VIS để thực hiện các phép đo nông độ xanh methylene còn lại trong dung dịch sau khi phan ứng hap phụ hay phản ứng chiếu đèn để từ đó khảo sát tính chất xúc tác quang của vật liệu
LaCoO3 và LSCF khi làm xúc tác trong dung dịch xanh methylene.
Bắt đầu băng việc tính toán và cân chính xác khối lượng xanh methylene để pha thành các dung dịch có nồng độ thích hợp, sau đó cho xúc tác vào (LCO hoặc LSCF), khuấy đều va lay mau theo thời gian. Mẫu sau khi được lay ra đem ly tâm dé tách và lay phan dung dịch xanh methylene, phần dung dich này được đo quang UV-VIS ở bước sóng thích hợp rồi dựa vào đường chuẩn (được xây dựng trước) để xác định nồng độ còn lại của dung dịch tại thời điểm lay mau. Tir dé xây dung được đồ thị nồng độ theo thời gian, từ đồ thị này đưa ra kết luận về thí nghiệm mà chúng
tôi đã thực hiện [8,30].
Trong luận văn này sử dụng phương pháp đo trắc quang với bước sóng 500 nm trên máy đo quang pho (Thermo Spectronic) Genesis 20.
11.3.6. Phương phap xác định đường cong trễ:
Từ trễ là hiện tượng bat thuận nghịch giữa quá trình từ hóa va đảo từ ở các vật liệu sắt từ do khả năng giữ lại từ tính của các vật liệu sắt từ. Hiện tượng từ trễ là một đặc trưng quan trong và dễ thay nhất ở các chất sat từ [35].
Hiện tượng từ trễ được biểu hiện thông qua đường cong từ, được mô tả như sau: sau khi từ hóa một vật sắt từ đến một từ trường bat ky, néu ta giam dan tir trường va quay lai theo chiều ngược, thì nó không quay trở về đường cong từ hóa ban đầu nữa, mà di theo đường khác. Và nếu ta đảo từ theo một chu trình kín (từ chiều này sang chiều kia), thi ta sẽ có một đường cong kín gọi là đường cong từ trễ hay chu trình từ trễ. Tính chất từ trễ là một tính chất nội tại đặc trưng của các vật
liệu sat từ, và hiện tượng trê biêu hiện khả năng từ tính của các chat sat từ.
Nguyên tắc chung của phép đo từ trễ là đo sự biến đổi của mômen từ hoặc cảm ứng từ theo sự thay đổi của từ trường. Từ trường đặt vào được biến đổi theo một chu trình (từ giá tri 0 đến giá tri cực đại, sau đó giảm dan và đổi chiều đến từ trường ngược hướng, và lại đảo trở lại giá trị cực đại ban đầu). Có thể đo đường cong từ trễ bằng các phương pháp:
Y Do bằng điện kế xung kích Y Do bằng từ kế và các thiết bị đo từ trễ Y Bo bằng phép đo quang từ (hiệu ứng Kerr)
v (các phương pháp khác ...)
Trong nghiên cứu nay, hai loại vật liệu dạng bột LCO và LSCF được đem di
đo từ tính của chúng, mục đích để khảo sát sự khác nhau về từ tính của hai loại vật liệu trên, nhất là LSCF là biến tính của LCO sau khi được dopped vào cấu trúc hai nguyên tố Sr và Fe. Mẫu trong luận văn được đo trên máy do từ trễ MicroSense
EasyVSM Software Version 9.13L.