1.4. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano
1.4.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ”!
Nguyên tắc
Khi chiếu một chùm electron có nang lượng lớn vào bẻ mat của đối âm cực (anot), các electron ớ bé mặt của đổi âm cực bị but ra vả làm xuất hiện lỗ trống Các electron ở mức năng lượng cao hơn nhảy về mức năng lượng thấp hơn dé lap đây chỗ trông đồng thời làm
phát ra năng lượng thừa và nang lượng đó
được gọi là tia X. Hình 1.10. Nhiéu xq tia X
Định luật Bragg
Giả sử có một chùm tia X đơn sắc đến gặp tinh thé va phan xạ trên các mặt phẳng
mạng.
Đề có sự giao thoa của sóng phản xạ. các sóng này phải củng pha, nghĩa là hiệu quang trình của chúng phải bằng một số nguyên lan bước sóng.
Hiệu quang trình: A=2dsin90 (1)
Đối với nhiều gúc tới ỉ giỏ trị A khụng phải bằng một số nguyờn lần bước súng A
nên các tia X phan xạ có giao thoa giảm,
SVTH: Võ Thị Thanh Hiện Trang 24
Khóa luận tốt nghiệp GVHD; TS. Nguyễn Anh Tiền
Khi A = nd thi các sóng phản xạ sé cùng pha vả ta có sự giao thoa tang. Nhu vậy
ta sẽ thu được cường độ sóng phản xạ tăng mạnh khi góc tới @ thoả man điều kiện:
2dsin8 =nÀ^ (2)
Đây chỉnh là nội dung của định luật Bragg.
Ứng dụng của định luật Bragg là dé xác định khoảng cách mạng d khi đã biết A và
góc tới 6 tương ứng với vạch thu được.
Ta có thể tính kích thước trung bình của tinh thé theo công thức Scherrer như sau:
w= Bcos6kA (3)
Trong dé: ®: kich thước tinh thể
: góc Brage
A: bước sóng của bức xạ tia X (Fe-K„=l,7 A°, Cu-K,=1,§ A°, W- K,=0,5 A°, U-K„=0.14 AP...)
k: hằng số phụ thuộc vào hình dang của tinh thé con (0.89)
ƒ: độ rộng ở 1⁄4 chiều cao của peak sau khi trừ đi độ rộng do thiết bị
(rad)
®Ứng dụng
Phương pháp XRD được dùng dé xác định cấu trúc, thành phan pha dựa trên số lượng. vị trí và cường độ các peak trên phố nhiễu xa tia X để suy đoán kiểu mạng từ đó
xác định bản chất của vật liệu.
Trong bài khóa luận này. thành phần pha của vật liệu tạo thành được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trên máy D8 Advance ~ Bruker tại Trung tâm thiết bị
khoa học và phân tích Hoá lý — Viện Khoa học vật liệu ứng dung Tp HCM. Mau được đo
với bước sóng của bức xa tia X là Cu-Ka=1,5 A”, 38= 10-80".
SVTH: Võ Thị Thanh Hiền Trang 25
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến
1.4.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) "”
Kính hiện vi điện tử quét (SEM): là loại kinh hiển vi điện tử có thé tạo ra ảnh có độ phân giải cao của bê mặt mẫu.
Ưu điểm
Không cần phá mẫu khi phân tích vả có thể hoạt động trong môi trường chân không thấp.
Nguyên lý hoạt động
Một chùm điện tử di qua các thấu kính điện tử dé hội tụ thành một điểm rất nhỏ chiếu lên bề mặt của mẫu nghiên cứu. Nhiều hiệu
ửng xảy ra khi các hạt điện tử của chùm tia va
chạm với be mat cua vat rin. Từ điểm chùm
tia va chạm với bẻ mặt của mẫu có nhiều loại hạt, nhiều loại tia phát ra (tin hiệu). Mỗi loại tín
được điện tử chiếu vào. Vi dụ:
Số điện tử thứ cấp (điện tử Auger) phát ra phụ thuộc độ lồi 16m ở bề mặt mẫu.
- $6 điện tử tán xạ ngược phát ra phụ thuộc điện tích hạt nhân Z.
- Bude sóng tia X phát ra phụ thuộc nguyên tử ở mẫu là nguyên tổ nào (phụ thuộc
2x.,
Cho chùm điện tử quét trên mẫu, đông thoi quét một tia điện tử trên man hình của
đèn hình một cách đông bộ. thu và khuếch đại một tín hiệu nảo đó của mẫu phát ra để làm
thay đổi cường độ sáng của tia điện tử quét trên màn hình và ta thu được ảnh.
Cho tia điện tử quét trên ảnh với biên độ đ nhỏ (cỡ mm hay um) còn tia điện tử
quét trên màn hình với biên độ D lớn (bang kích thước của màn hình) khí đó ảnh có độ
phóng đại D/d.
SVTH: Võ Thị Thanh Hiện Trang 26
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Độ phóng đại của kính hiển vi điện tử quét thông thưởng từ vai ngàn đến vải trăm
ngàn lần. Năng suất phân giải phụ thuộc vào đường kính của chùm tỉa điện tử hội tụ chiếu
lên mẫu.
Với súng điện tử thông thường (sợi đốt là đây vonfram uốn hình chữ V), năng suất phân giải là 5 nm đối với kiểu ảnh điện tử thứ cấp. Như vậy chỉ thấy được những chỉ tiết
thô trong công nghệ nano.
Những kính hiển ví điện tử tốt có súng phát xạ trường, kích thước chùm điện tử
chiếu vào mẫu nhỏ hon 0,2 nm, có thé lắp thêm bộ nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược dé quan sát các hạt cỡ 1 nm và theo đôi được cách sắp xếp nguyên tử trong từng hạt nano đó.
®Ứng dụng
Loại hiển vi này có nhiều chức năng nhờ khả năng phóng đại và tạo ảnh rat rd nét, chi tiết, Hiển vi điện tử quét SEM được sử dụng dé nghiên cứu bẻ mặt vật liệu cho phép
xác định kích thước và hình dạng của vật liệu
Trong bài khóa luận nay, kích thước và hình thái hạt được quan sát bằng kính hiển
vi điện tử quét - FE SEM Model S4800 Hitachi tại Viện Hóa học Tp. HCM và Viện Công nghệ cao Tp. HCM.
1.4.4. Kính hiển vi điện tử truyền (TEM) '””!
Kính hiển vi điện tử truyền (TEM) là một _“e
loại kính hiển vi có chùm điện tử truyền qua mẫu là ee
một chùm điện tử được hội tụ thành một chùm hẹp _ kế
và được quét trên mẫu. Nhờ việc điều khiển thấu k 2=
kính hội tụ, chim điện tử có thé hội tụ thành một “` Xung eee
chùm tia có kích thước rất hẹp do đó cho phép ghi `.
ảnh với độ phân giải rất cao. Hơn nữa, vi chùm
điện tử là hội tụ, nên góc tán xạ của điện tử sau khi
truyền qua mẫu sẽ rất lớn và tạo ra nhiều phép — al Hình 1.12. Kính hiển vi điện tử
truyền (TEM)
“———————————
SVTH: Võ Thị Thanh Hiên Trang 27
Khoa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến
———————————— TS
phân tích mạnh. ví dụ như phép ghi ảnh trường tôi với góc lệch vành khuyên lớn khả năng
phân tích phân bó các nguyên tế với độ phân giải cực cao nhờ phép phân tích phê tồn hao
năng lượng điện từ thực hiện đồng thời với quá trình ghi ảnh.
Ảnh độ phân giải cao trực tiếp liên quan đến nguyễn tử khối của các nguyên tổ, do đó rit
hữu ich cho việc phản tích sự phân bố của các nguyên tố hóa học. Đường đi của tia điện
tử qua các thấu kính điện tir vả cách phóng đại ở kinh hiển vi điện tử truyền (TEM) rat
giong như kính hiển vi quang học.
Trong bài khóa luận này. kích thước và hình thái hạt được quan sát bằng kinh hiển
vi điện tử truyền TEM JEM 1400 của JEOL tại Viện Công nghệ cao Tp. HCM.