1.8. Các mô hình nghiên cứu động lực học kết tinh
Oxit sắt vô định hình, một loại vật liệu khá bền, không có đặc tính trât tự xa của tinh thể. Nó có một số trật tự tầm ngắn ở kích cỡ nguyên tử do bản chất của liên kết hóa học. Trong một số điều kiện nhất định, trạng thái vô định hình có thể biến đổi sang các trạng thái tinh thể trong một quá trình được gọi là kết tinh mặc dù các tính chất vật lý và hóa học của các vật liệu được biến đổi tương ứng. Quá trình kết tinh không xảy ra ở một nhiệt độ mà ở tất cả các nhiệt với tốc độ khác nhau. Nhiệt độ kết tinh thường được xác định từ việc phân tích nhiệt, là nhiệt độ tại đó quá trình kết tinh đạt tối đa. Ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh, quá trình kết tinh xảy ra ở tốc độ thấp hơn nhiều và thường bị bỏ qua trong thời gian thử nghiệm thực tế. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng của vật liệu oxit sắt vô định hình, chúng ta phải nghiên cứu những thay đổi trong các tính chất vật lý và hóa học do quá trình phản ứng trạng thái rắn (lão hóa) theo thời gian. Điều quan trọng là nghiên cứu làm thế nào để làm chậm quá trình lão hóa và ảnh hưởng của nó trên các thuộc tính hình thái học, hóa học và vật lý do việc chuyển đổi trạng thái kết tinh ổn định hơn, mặc dù đã có một vài bài báo về việc chuyển đổi tinh thể vô định hình ở nhiệt độ khoảng 300o
C [49].
Để nghiên cứu hiệu ứng lão hóa của các vật liệu vô định hình, chúng ta phải hiểu được quá trình kết tinh không xảy ra ở nhiệt độ duy nhất. Mô hình được sử dụng nhiều nhất để hiểu được phản ứng trạng thái rắn là mô hình phản ứng xảy ra theo cấp số mũ [26]. Nếu gọi x là tỉ phần của pha kết tinh thì tốc độ kết tinh dx/dt sẽ tỉ lệ với tỉ phần của pha vô định hình (1 - x)n:
n
x) K(1 dt
dx (1)
với t là thời gian và n là bậc của các phản ứng.
Hằng số đặc trưng cho tốc độ kết tinh K được cho bởi phương trình Boltzmann-Arrhenius:
K = K0exp −Ea