Nhiễu xạ tia X (XRD – X-ray Diffraction) là một trong những phương pháp hiệu quả và được sử dụng rộng rãi nhất trong nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu. Nguyên lý của phương pháp dựa trên việc phân tích các ảnh nhiễu xạ thu được của tia X sau khi tương tác với mẫu. Xét sự phản xạ của một chùm tia X trên hai mặt phẳng mạng song song và gần nhau nhất với khoảng cách d (hình 2.1). Tia X có năng lượng cao nên có khả năng xuyên sâu vào vật liệu và gây ra phản xạ trên nhiều mặt mạng tinh thể (hkl) ở sâu phía dưới. Từ hình 2.1 ta thấy hiệu quang trình giữa hai phản xạ 1’ và 2’ từ hai mặt phẳng liên tiếp bằng 2dsin. Hiện tượng giao thoa giữa các sóng phản xạ chỉ xảy ra khi hiệu đường đi của hai sóng bằng số nguyên lần bước sóng, do vậy điều kiện để có hiện tượng nhiễu xạ được được đưa ra bởi phương trình Bragg:
2 sind n (2.1)
Từ phương trình (2.1) có thể thấy ảnh nhiễu xạ của mỗi mẫu sẽ thể hiện các đặc trưng cơ bản của tinh thể mẫu đó. Bằng việc phân tích các vết nhiễu xạ thu được trên ảnh, người ta có thể đưa ra thông tin về pha tinh thể, độ kết tinh, các hằng số cấu trúc và kích thước tinh thể của vật liệu.
Tính kích thước hạt và phân bố kích thước hạt bằng phương pháp Warren-Averbach:
Nguyên lý của phương pháp là sử dụng phân tích Fourier đối với hàm phân bố cường độ nhiễu xạ quanh đỉnh nhiễu xạ Bragg để đánh giá loại sai lệch mạng và mức độ ảnh hưởng của chúng lên cấu trúc tinh thể [1]. Yêu cầu để hạn
Hình 2.1: Mô hình hình học của hiện tượng nhiễu xạ tia X.
O A 1 2 1’ 2’ E F dhkl
chế sai số của phép đo là mẫu chuẩn phải không có hiệu ứng mở rộng vạch và các hạt tinh thể chuẩn phải có kích thước lớn hơn 500 nm.
Các phép đo và phân tích nhiễu xạ tia X được thực hiện trên thiết bị Siemens D-5000 với bức xạ Cu-K đặt tại Phòng Phân tích cấu trúc tia X thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Việc tính kích thước trung bình và đưa ra phân bố kích thước hạt theo phương pháp Warren- Averbach được thực hiện bằng phần mềm thương mại Win-Crysize.