CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆ- 123docz.net

Chương 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU

2.4.1. Phương pháp phân tích nhiệt (Thermal analysis)

Phân tích nhiệt cho phép xác định tính chất nhiệt của vật chất hoặc là trực tiếp, hoặc là thông qua ảnh hưởng của tác động nhiệt lên các tính chất cơ bản khác của vật liệu. Ba dạng phổ biến trong phân tích nhiệt:

- Phân tích nhiệt trọng lƣợng TG (Thermal Gravity): theo dõi sự thay đổi khối lƣợng của mẫu theo thời gian hoặc nhiệt độ khi mẫu đƣợc gia nhiệt theo chương trình trong những điều kiện cụ thể cho trước.

- Phân tích nhiệt vi sai DTA (Differential Thermal Analysis): là phương pháp phân tích nhiệt dựa trên việc thay đổi nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn đƣợc xem là một hàm của nhiệt độ.

- Phân tích nhiệt lƣợng vi sai quét DSC (Differential Scanning Calorimetry): là m?t k? thu?t phân tích nhi?t ???c dùng ph? bi?n trong nghiên c?u v?t lý ch?t r?n, khoa h?c v?t li?u, hóa h?c, cho phép xác ??nh các tính chất chuyển pha nhiệt của mẫu thông qua việc đo dòng nhiệt tỏa ra (hoặc thu vào) từ một mẫu đƣợc đốt nóng trong dòng nhiệt với nhiệt độ quét trong các tốc độ khác nhau. Thuật ngữ "vi sai" chỉ việc xác định sự sai khác

gi?a cùng điều kiện.

Trong luận văn này, các mẫu đƣợc ghi TG-DSC trên máy Labsys EvoTG/DSC-SETARAM - Pháp (Khoa Hóa học - Trường đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) với tốc độ quét 10oC/phút, từ nhiệt độ phòng đến 800oC.

2.4.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

Trong luận văn này, phương pháp XRD được sử dụng để xác định mức độ kết tinh của vật liệu, thành phần các pha, kích thước trung bình của các hạt vi tinh thể có mặt trong mẫu...

Các giản đồ XRD của bột TiO2 đƣợc ghi trên nhiễu xạ kế tia X D8 Advance Brucker (Đức) tại khoa Hóa học - Trường đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội với tia phát xạ CuKα có bước sóng λ = 0,154056 nm, công suất 40 KV, 40 mA, ghi ở nhiệt độ 25oC, góc quét 2 từ 20o - 70o và tốc độ quét 0,03o/s.

Kích thước hạt trung bình D (nm) được xác định theo công thức Scherrer nhƣ sau:

0,89 cos cos

K  DB B

 

  (2.5)

Trong đó:

-  là bước sóng của tia X (nm) ( = 0,154056 nm đối với CuK );

- B là độ rộng bán cực đại của vạch và B = (FWHM.π)/180 (radian);

-  là góc nhiễu xạ (độ) (lưu ý trên giản đồ vị trí của peak làgóc 2);

- K là hệ số chuyển đổi thường được lấy giá trị là 0,89.

Dựa vào sự phụ thuộc giữa cường độ peak nhiễu xạ và hàm lượng mỗi pha trong hỗn hợp có thể xác định thành phần pha anata và rutin có trong các mẫu TiO2 qua biểu thức:

% 100 ).

/ ( 8 , 0 1

R A R I I

X (2.6)

Trong đó: XR là hàm lƣợng (%) của pha rutin.

IA là cường độ của peak đặc trưng pha anata (101) IR là cường độ của peak đặc trưng pha rutin (110)

Các thông số mạng a (a = b) và c trong cấu trúc tinh thể TiO2 có thể đƣợc tính bằng cách dựa vào định luật Bragg (2d sinθ = λ) và công thức cho hệ tứ phương:

2 2 2

1 h k l

d a c

   (2.7) 2.4.3. Phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX)

Khi chùm điện tử có năng lƣợng lớn đƣợc chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X, năng lượng của tia X đặc trƣng này là năng lƣợng chênh lệch của các electron ở hai lớp khác nhau. Nó hoàn toàn xác định và phụ thuộc vào số khối của nguyên tử. Đêtectơ có nhiệm vụ biến đổi tia X đặc trƣng thành tín hiệu điện có biên độ tỷ lệ thuận và tuyến tính với năng lượng các tia X này. Phân tích vị trí, cường độ các vạch phổ của các tia X đặc trƣng cho ta biết thành phần và hàm lƣợng của các nguyên tố tại vị trí phân tích.

Các phổ EDX trong luận văn này đƣợc đo cùng với hiển vi điện tử quét SEM trên hệ máy JEOL JED-2300 Analysis Station tại khoa Vật lí, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

2.4.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM

Khi một chùm electron đƣợc gia tốc bởi điện áp cao xuyên qua một mẫu mỏng, chúng sẽ tương tác với các nguyên tử trong mẫu. Chùm tia truyền qua mẫu đƣợc khuếch đại thành ảnh hiển vi điện tử. Phân tích các ảnh hiển vi điện tử này cho thấy các thông tin về kích thước, hình dạng, sự phân bố của các hạt

tinh thể, khoảng cách giữa các mặt phẳng mạng và sai hỏng của cấu trúc bên trong mẫu vật liệu. Nhờ những tiến bộ về kĩ thuật điện tử và máy tính, hình thái của vật liệu có kích thước nm và kích cỡ phân tử có thể được ghi nhận bởi kính hiển vi điện tử phân giải cao (HRTEM).

Trong luận văn này, ảnh TEM của sản phẩm đƣợc ghi trên kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 tại Viện Vệ sinh dịch tễ trung ƣơng, hệ số phóng đại M = 600000, độ phân giải δ = 3Å, điện áp gia tốc U = 40 ÷ 100 kV.