2.3.1. Phân tích thành phần mẫu bằng phép đo phổ tán sắc năng lượng EDS
Thành phần mẫu được xác định bằng phép đo phổ tán sắc năng lượng (EDS) (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy).
Rọi chùm điện tử vào bề mặt mẫu, chúng sẽ tương tác với mẫu và sinh ra tia X.
Thu tín hiệu tia X phát ra từ mẫu ta xác định được các nguyên tố có trong mẫu dựa vào giá trị năng lượng tia X ứng với từng nguyên tố là khác nhau.
Trong phương pháp này, sử dụng đầu thu bằng bán dẫn Si đặt lên đầu của máy thu để thu tia X. Cường độ xung thu được tỷ lệ với năng lượng của tia X. Đặc trưng của tia X phát ra từ hệ mẫu sẽ cho biết các nguyên tố có mặt trong mẫu và tỷ phần của mỗi nguyên tố.
2.3.2. Phân tích cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể bằng nhiễu xạ tia X (XRD) dựa vào hiện tượng nhiễu xạ tia X trên mạng tinh thể khi thỏa mãn điều kiện phản xạ Bragg:
2dsinθ = nλ (2.1)
23
với d là khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử phản xạ, θ là góc trượt tức là góc tạo bởi tia X và mặt phẳng nguyên tử phản xạ, λ là bước sóng của tia X và n là bậc phản xạ.
Hình 2.4. Nhiễu xạ kế tia X D5005 tại TTKHVL.
Tập hợp các cực đại nhiễu xạ Bragg dưới các góc 2θ khác nhau được ghi nhận bằng Detector cho ta giản đồ nhiễu xạ tia X. Từ phổ nhiễu xạ tia X chúng ta có thể khai thác được nhiều thông tin về cấu trúc tinh thể. Các mẫu trong luận văn đã được phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ kế tia X D5005 của hãng Bruker (Đức) tại Trung tâm Khoa học vật liệu (TTKHVL) sử dụng bước sóng tia X với từ bức xạ Kα của Cu là: λCu= 1,54056 Å (hình 2.4). Kích thước hạt (D) có thể tính được từ công thức Scherrer:
(2.2)
vớiβ là độ bỏn rộng tại ẵ chiều cao của đỉnh phổ khảo sỏt.
2.3.3. Phân tích vi hình thái bằng kính hiển vi điện tử truyền qua
Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM (Transmission electron microscope) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu
24
xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên phim quang học, hay ghi nhận bằng máy chụp kỹ thuật số.
Vì TEM sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao, vì thế các cấu kiện chính của TEM được đặt trong cột chân không siêu cao được tạo ra nhờ các hệ bơm chân không (bơm turbo, bơm ion…). Trong TEM, điện tử được sử dụng thay cho ánh sáng (trong kính hiển vi quang học). Điện tử được phát ra từ ống phóng điện tử. Sau khi thoát ra khỏi catot, điện tử di chuyển đến anot rỗng và được tăng tốc dưới thế tăng V (cỡ 200kV) nên vận tốc của điện tử trở nên đáng kể so với vân tốc ánh sáng. Vì vậy, việc điều khiển sự tạo ảnh không còn là thấu kính thủy tinh nữa mà thay vào đó là các thấu kính từ. Thấu kính từ thực chất là một nam châm điện có cấu trúc là một cuộn dây cuốn
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua.
Hình 2.6: Kính hiển vi điện tử truyền qua.
25
trên lõi làm bằng vật liệu từ mềm. Từ trường sinh ra ở khe từ sẽ được tính toán để có sự phân bố cao cho chùm tia điện tử truyền qua sẽ có độ lệch thích hợp với từng loại thấu kính. Tiêu cự của thấu kính được điều chỉnh thông qua từ trường ở khe từ, có nghĩa là điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây. Vì có dòng điện chạy qua, cuộn dây sẽ bị nóng lên do đó cần được làm lạnh bằng nước hoặc nitơ lỏng.
Xét trên nguyên lý, ảnh của TEM vẫn được tạo theo các cơ chế quang học, nhưng tính chất ảnh tùy thuộc vào từng chế độ ghi ảnh. Độ tương phản ảnh của TEM chủ yếu xuất phát từ khả năng tán xạ điện tử. Để ghi nhận ảnh, các dụng cụ ghi nhận phải là các thiết bị chuyển đổi tín hiệu, hoạt động dựa trên nguyên lý ghi nhận sự tương tác của điện tử với chất rắn (màn huỳnh quang và phim quang học).
Các mẫu trong luận văn được khảo sát bởi thiết bị TEM JEM1010, JEOL (Nhật Bản).
2.3.4. Khảo sát tính chất từ bằng từ kế mẫu rung
Từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometer - VSM) là một dụng cụ đo các tính chất từ của vật liệu từ, hoạt động dựa trên nguyên tắc thu tín hiệu cảm ứng điện từ khi rung mẫu đo trong trường. Nó đo mômen từ của mẫu cần đo trong từ trường ngoài.
26
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý thiết bị VSM.
Mẫu đo được gắn vào một thanh rung không có từ tính và được đặt vào một vùng từ trường đều tạo bởi hai cực nam châm điện. Mẫu là vật liệu từ nên trong từ trường thì nó được từ hóa và tạo ra từ trường. Khi ta rung mẫu với một tần số nhất định (thay đổi vị trí tương đối của mẫu), từ thông do mẫu tạo ra xuyên qua cuộn dây thu tín hiệu sẽ biến thiên và sinh ra suất điện động cảm ứng V, có giá trị tỉ lệ thuận với mômen từ M của mẫu theo quy luật cho bởi:
V 4.π.N.Sm.M (2.3)
với M là mômen từ của mẫu đo, Sm là tiết diện vòng dây, n là số vòng dây của cuộn thu tín hiệu. Các tín hiệu đo được sẽ được chuyển sang giá trị của đại lượng từ cần đo bằng một hệ số chuẩn của hệ đo và được xử lý trên máy tính sẽ cho ta biết giá trị từ độ của mẫu. Hình 2.7 trình bày sơ đồ nguyên lý của thiết bị từ kế mẫu rung.
Tính chất từ của các mẫu trong luận văn đã được đo bằng thiết bị từ kế mẫu rung với từ trường cực đại 13,5 kOe tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
27