CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.2.1. Phép đo phân tích nhiệt (DTA-TGA)
Phân tích nhiệt là phương pháp phân tích mà trong đó, các tính chất vật lý cũng như hóa học của mẫu được đo một cách liên tục như là những hàm của nhiệt độ. Nhiệt độ được thay đổi theo quy luật định sẵn (thông thường thay đổi tuyến tính theo thời gian). Dựa trên cơ sở lý thuyết về nhiệt động học, từ sự thay đổi các tính chất đó người ta có thể xác định được các thông số yêu cầu của việc phân tích.
Các tính chất được xác định bao gồm: nhiệt độ chuyển pha, khối lượng mất đi, năng lượng chuyển pha, biến đổi về kích thước, ứng suất, tính chất nhớt, tính đàn hồi. Có nhiều phương pháp phân tích nhiệt khác nhau, như:
- Phân tích nhiệt vi sai DTA (Differential Thermal Analysis)
- Phân tích nhiệt trọng lượng TGA (Thermal Gravimetric Analysis). - Phân tích cơ nhiệt TMA (Thermo-mechanical Analysis)
- Phân tích độ dẫn nhiệt TCA (Thermal Conductivity Analysis)…
Dưới đây là hai phương pháp đã được sử dụng khi nghiên cứu chế tạo vật liệu LiMn2O4.
2.1.3.1. Phân tích nhiệt vi sai (DTA)
- Cơ sở của phương pháp
Phân tích nhiệt vi sai (DTA) dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn như một hàm của nhiệt độ mẫu. Những tính chất của mẫu chuẩn là hoàn toàn xác định và phải trở về nhiệt độ. Đối với mẫu đo thì luôn xảy ra một trong hai quá trình giải phóng và hấp thụ nhiệt khi nhiệt độ của hệ tăng, ứng với mỗi quá trình này sẽ có một trạng thái chuyển pha tương ứng. Dấu của năng lượng chuyển pha đặc trưng cho quá trình hấp thụ hay giải phóng nhiệt. Mọi trạng thái chuyển pha của mẫu đo là kết quả của quá trình giải phóng hoặc thu nhiệt bởi mẫu, tương ứng với hiệu số của nhiệt độ được xác định đối với mẫu chuẩn.
- Tính năng của phương pháp
Phương pháp này cung cấp những thông tin về: hành vi kết tinh và nóng chảy của vật liệu, nhiệt độ kết tinh và nóng chảy, độ tinh khiết, tính đa hình, độ ổn định nhiệt, v.v… Từ những thông tin về vị trí, số liệu, hình dạng của các đường nhiệt thành phần, khối lượng của mẫu đo có thể được xác định.
2.1.3.2. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
- Cơ sở của phương pháp
Phương pháp này dựa trên cơ sở xác định khối lượng của mẫu đo bị mất đi (hoặc nhận vào) trong quá trình chuyển pha như một hàm của nhiệt độ. Khi vật chất bị nung nóng khối lượng của chúng bị mất đi từ các quá trình đơn giản như bay hơi, hoặc từ các phản ứng hóa học giải phóng khí. Một số vật liệu có thể nhận được khối lượng khi phản ứng với không khí trong môi trường kiểm tra.
Khoảng nhiệt độ sử dụng khi phân tích tùy thuộc vào từng loại vật liệu. Môi trường bao quanh có thể là khí trơ hoặc khí tích cực. Khi phân tích kết quả, đường đạo hàm thường được sử dụng để chỉ các điểm mất khối lượng hoặc để tăng độ phân giải.
- Tính năng của phương pháp
Các quá trình diễn ra trong khi phân tích thường là bay hơi, phân hủy cấu trúc, phân hủy cácbonat, ôxi-hóa sulphua, ôxi-hóa florua, tái hydrat hóa,… Đó là các quá trình tạo ra những đứt gãy hoặc hình thành các liên kết vật lý, hóa học trong mẫu.
Đây là phương pháp phân tích khối lượng nên những thông tin nhận được rất tốt cho việc xác định thành phần khối lượng các chất có mặt trong mẫu, cho phép xác định thành phần độ ẩm, dung môi, chất phụ gia của vật liệu.