Giản đồ nhiễu xạ tia X của toàn bộ các mẫu FePd sau khi chế tạo và ủ ở các nhiệt độ khác nhau từ 4500 ÷ 7000C được đưa ra trên hình 3.5.
20 30 40 50 60 70
0 200 400 600 800 1000 1200
(002)
Fe42Pd58
7000C
6500C 6000C
5500C 5000C
Intensity(a.u.)
2 theta
as-prepared 4500C
(111)-fcc (111)-fct
(200) (200)
(Pd) Fe
a)
31
20 30 40 50 60 70
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000
(002) (200) (111)-fct
Fe50Pd50
6500C
6000C 5500C
5000C 4500C
Intensity (a.u.)
2 theta
7000C
as-prepared (110)-fct
(111)-fcc (200)
(220) Fe
b)
20 30 40 50 60 70
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
(220) (200)
7000C
4500C 6000C
5500C 5000C
Intensity (a.u.)
2 theta (0C) as-prepared
6500C
(111)-fcc (111)-fct
Fe55Pd45
(002) Fe
c)
32
20 30 40 50 60 70
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
(110)
(002) (110)
(002)
Fe60Pd40 7000C
6500C
6000C
5500C
5000C
Intensity (a.u.)
2 theta as-prepared
4500C
(111)-fcc (111)-fct
(200) Fe
d)
20 30 40 50 60 70
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
(002) Fe63Pd37-7000C
Fe63Pd37-6500C
Fe63Pd37-6000C
Fe63Pd37-5500C
Fe63Pd37-5000C
Intensity (a.u.)
2 theta
as-prepared Fe63Pd37-4500C
(111)-fcc (Fe) (111)-fct
(200)
e)
Hình 3.5: Giản đồ nhiễu xạ của các mẫu FePd ngay sau khi chế tạo và khi ủ tại các nhiệt độ khác nhau.
a) Fe42Pd58; b) Fe50Pd50; c) Fe55Pd45; d) Fe60Pd40; e) Fe63Pd37.
33
Nhận thấy các mẫu trước và sau khi ủ nhiệt có sự thay đổi rõ rệt về số đỉnh và cường độ các đỉnh nhiễu xạ. Từ giản đồ nhiễu xạ của các mẫu FePd ủ tại các nhiệt độ khác nhau ta thấy tại nhiệt độ ủ thấp nhất 4500C đã bắt đầu có sự tách vạch đỉnh phổ nhưng chưa thực sự rõ nét, khi tăng dần nhiệt độ ủ, sự dịch đỉnh và sự tách đỉnh rõ ràng hơn.
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu được ghi ngay sau khi chế tạo cho thấy tồn tại ba vạch khá rõ ràng là các đỉnh phổ của Pd: một vạch có cường độ xuất hiện tại khoảng góc 2θ = 39,50 ứng với vạch nhiễu xạ (111) đặc trưng cho cấu trúc lập phương tâm mặt fcc của pha bất trật tự, một vạch có cường độ xuất hiện tại khoảng góc 2θ = 46,70 ứng với vạch nhiễu xạ (200) và một vạch có cường độ nhỏ hơn xuất hiện tại khoảng góc 2θ = 68,50 ứng với mặt nhiễu xạ (220). Đối với các mẫuFePd ngay sau khi chế tạo, cường độ nhiễu xạ gây bởi nguyên tố Fe rất yếu là do bán kính nguyên tử của Fe nhỏ hơn rất nhiều bán kính nguyên tử của Pd. Như vậy, mẫu ngay sau chế tạo có thể gồm các hạt giàu Fe và các hạt giàu Pd.
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu FePd sau khi ủ tại nhiệt trong 1 h cho thấy rõ sự chuyển pha cấu trúc bất trật tự-trật tự. Ở đây, đỉnh (200) đã tách thành hai đỉnh (200) và (002), đây là kết quả của sự co lại của trục c (bảng 3.1). Đỉnh (002) là đỉnh đại diện cho cấu trúc fct của pha trật tự L10. Khi mẫu được ủ nhiệt đã xảy ra hiện tượng chuyển pha cấu trúc từ pha lập phương tâm mặt (fcc) sang pha cấu trúc L10 là tứ giác tâm mặt (fct). Nhóm nghiên cứu Nguyễn Thị Thanh Vân [1] cũng đã quan sát được sự chuyển pha cấu trúc này trong mẫu Fe60Pd40 chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm ở 5500C. Cùng với việc tách đỉnh phổ thì mẫu sau khi ủ nhiệt còn cho ta thấy có sự xuất hiện các pha trật tự FePd (cấu trúc fct) tương ứng với các đỉnh nhiễu xạ tia X tại các vị trí ở khoảng góc 41,10C; 47,20C; 49,40C; 53,70C; 68,80C. Pha trật tự xuất hiện trong mẫu sau khi ủ là do quá trình khuếch tán giữa các hạt giàu Fe và giàu Pd dưới tác dụng của nhiệt độ.
34
Hằng số mạng của hệ mẫu FexPd100-x
Tính toán từ các đỉnh phổ nhiễu xạ tia X, sử dụng công thức tính khoảng cách giữa các mặt mạng trong tinh thể để tính hằng số mạng của hệ mẫu FexPd100:
Với mẫu ngay sau khi chế tạo cấu trúc có dạng lập phương tâm mặt ta tính được hằng số mạng nhưđưa ra trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Hằng số mạng của hệ mẫu FexPd100-x ngay sau khi chế tạo
Hằng số mạng (Å)
Fe42Pd58 3.793
Fe50Pd50 3.832
Fe55Pd45 3.801
Fe60Pd40 3.784
35
Fe63Pd37 3.817
Đối với mẫu sau khi ủ nhiệt có cấu trúc tứ giác tâm mặt ta sử dụng công thức (3.1) để tính hằng số mạng:
(3.1)
Kết quả tính hằng số mạng của hệ mẫu FexPd100-x phụ thuộc vào nhiệt độ ủ được đưa ra trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Hằng số mạng theo nhiệt độ ủ của hệ mẫu FexPd100-x
Hằng số mạng (Å)
4500C 5000C 5500C 6000C 6500C 7000C
c a c a c a c a c a c a
36
Fe42Pd58 3.788 3.810 3.780 3.815 3.774 3.824 3.777 3.803 3.781 3.789 3.786 3.788
Fe50Pd50 3.825 3.835 3.810 3.841 3.796 3.849 3.805 3.842 3.821 3.836 3.827 3.830
Fe55Pd45 3.798 3.809 3.790 3.811 3.780 3.818 3.789 3.816 3.790 3.810 3.793 3.807
Fe60Pd40 3.780 3.789 3.771 3.791 3.768 3.801 3.760 3.806 3.769 3.796 3.775 3.781
Fe63Pd37 3.814 3.819 3.810 3.822 3.802 3.827 3.809 3.821 3.811 3.820 3.812 3.819
Từ bảng số liệu 3.2, chúng tôi biểu diễn sự phụ thuộc của hằng số mạng vào nhiệt độ ủ của các mẫu FePd trên hình 3.6a, b, c, d, e.
a) b)
450 500 550 600 650 700
3.77 3.78 3.79 3.80 3.81 3.82 3.83
hang so mang (A0)
Tan(0C) c
a
Å Å
Fe42Pd58
450 500 550 600 650 700
3.79 3.80 3.81 3.82 3.83 3.84 3.85
hang so mang (A0 )
Tan (0C)
c a Fe50Pd50
37
c) d)
e)
Hình 3.6: Đồ thị sự phụ thuộc hằng số mạng vào nhiệt độ ủ của các mẫu FePd khi ủ tại các nhiệt độ khác nhau.a) Fe42Pd58; b) Fe50Pd50; c) Fe55Pd45;
d) Fe60Pd40; e) Fe63Pd37.
450 500 550 600 650 700
3.780 3.785 3.790 3.795 3.800 3.805 3.810 3.815 3.820
Fe55Pd
45
Tan (0C) hang so mang (A0 )
c a
450 500 550 600 650 700
3.76 3.77 3.78 3.79 3.80 3.81
Fe60Pd40
Tan (0C) hang so mang (A0)
c a
450 500 550 600 650 700
3.800 3.805 3.810 3.815 3.820 3.825 3.830
Tan (0C) hang so mang (A0 )
Fe63Pd37
c a
38
Bảng 3.3: Tỉ số c/a theo nhiệt độ ủ của hệ mẫu FexPd100-x
c/a
4500C 5000C 5500C 6000C 6500C 7000C
Fe42Pd58 0.994 0.990 0.986 0.993 0.997 0.989
Fe50Pd50 0.997 0.992 0.974 0.990 0.996 0.999
Fe55Pd45 0.997 0.994 0.990 0.992 0.994 0.996
Fe60Pd40 0.998 0.995 0.991 0.987 0.992 0.998
Fe63Pd37 0.998 0.997 0.993 0.996 0.997 0.998
39
Từ bảng 3.1 ta thấy rằng, với mẫu ngay sau khi chế tạo có cấu trúc lập phương tâm mặt fcc với tỉ số c/a = 1. Trong mẫu sau khi ủ nhiệt đã xuất hiện sự co lại của hằng số mạng và tỉ số c/a < 1 (bảng 3.3). Đây là bằng chứng cho sự xuất hiện pha fct trong mẫu FePd. Trong trạng thái trật tự, sự sắp xếp luân phiên của các mặt phẳng mạng Fe, Pd dọc theo trục c của tinh thể dẫn tới hiệu ứng méo mạng - hình thành cấu trúc L10. Bởi vậy, FePd có hằng số dị hướng lớn và có trục định hướng ưu tiên là trục c. Từcác kết quả trong bảng 3.3 ta thấy, khi nhiệt độ ủ tăng lên, tỉ số c/a giảm xuống chứng tỏ pha fct xuất hiện càng nhiều. Nhưng tiếp tục tăng nhiệt độ lên 6500C thì tỉ số c/a lại tiến dần đến 1. Điều này được lí giải là do: mẫu ngay sau khi chế tạo có sự tồn tại của các phân mạng Fe và phân mạng Pd, trong quá trình ủ mẫu, các nguyên tử nhận được năng lượng và khuếch tán vào phân mạng của nhau. Khi nhiệt độ tăng lên thì sự khuếch tán xảy ra càng nhiều dẫn đến hình thành pha trật tự FePd càng nhiều. Điều này được thể hiện trong quy luật giãn ra của hằng số mạng a và sự co lại của hằng số mạng c khi nhiệt độ ủ tăng từ 4500C và đạt cực đại tại nhiệt độ ủ 5500C đối với các mẫu FexPd100-x với x = 45, 50, 55, 63 và cực đại tại nhiệt độ ủ 6000C với x = 60 (hình 3.6).
Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nhiệt độ ủ lên 6500C thì các quá trình khuếch tán của các nguyên tử Fe và Pd xảy ra quá nhiều dẫn đến sự hình thành các pha khác là FePd3 và Fe3Pd. Các pha này xuất hiện làm cho hằng số mạng c giãn ra và hằng số mạng a co lại dẫn đến tỉ số c/a xấp xỉ bằng 1.
Kích thước hạt
Sử dụng công thức Debye-Scherrer (2.2) với góc khúc xạ θ của đỉnh (111) để tính kích thước hạt của mẫu FexPd100-x ngay sau khi chế tạo và khi mẫu ủ tại các nhiệt độ khác nhau, ta thu được giá trị kích thước hạt như trình bày trong bảng 3.4.
Bảng 3.4: Kích thước hạt (nm)của các mẫu FexPd100-x
40 Ngay sau
khi chế tạo
4500C 5000C 5500C 6000C 6500C 7000C
Fe42Pd58 6,1 12,8 13,1 14,3 17,4 18,6 20,1
Fe50Pd50 8.9 12,4 14,1 15,6 17,1 17,9 19,6
Fe55Pd45 7,7 15,7 16,2 18,7 19,2 19,8 21,2
Fe60Pd40 10,3 15,8 17,3 18,9 20,5 22,4 23,8
Fe63Pd37 7,6 14,8 17,8 19,7 21,0 21,9 22,1
Từ bảng kích thước hạt của các mẫu FePd ngay sau khi chế tạo và sau khi ủ nhiệt tại các nhiệt độ khác nhau, chúng tôi đã biểu diễn sự phụ thuộc kích thước hạt vào nhiệt độ ủ trên đồ thị cho từng thành phần mẫu như trong hình 3.7a, b, c, d, e.
41
a) b
c) d)
e)
Hình 3.7: Đồ thị sự phụ thuộc kích thước hạt vào nhiệt độ ủ a) Fe42Pd58; b) Fe50Pd50; c) Fe55Pd45; d) Fe60Pd40; e) Fe63Pd37
-50 0 50 400 450 500 550 600 650 700 750 800 4
6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tan(0C)
D (nm)
-50 0 50 400 450 500 550 600 650 700 750 800 8
10 12 14 16 18 20
T (0C)
D (nm)
-50 0 50 400 450 500 550 600 650 700 750 800 6
8 10 12 14 16 18 20 22
Tan (0C)
D (nm)
-50 0 50 400 450 500 550 600 650 700 750 800 10
12 14 16 18 20 22 24
T (0C)
D (nm)
-50 0 50 400 450 500 550 600 650 700 750 800 6
8 10 12 14 16 18 20 22 24
T (0C)
D (nm)
42
Ta thấy rằng kích thước của hạt tăng sau khi ủ nhiệt, nguyên nhân là do sự kết kết đám và phát triển của các hạt dưới tác dụng của nhiệt độ. Kết quà này phù hợp với kết quả thu được từ ảnh TEM.