Transcript Scherrer
Phöông phaùp Debye – Scherrer ( phương pháp bột) HVTH: NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH • Học liệu mở tiếng Việt: http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐOÁN NHẬN VẾT NHIỄU XẠ Chụp phim Nhiễu xạ kế Nếu một chùm tia X đơn sắc đến một đơn tinh thể thì chỉ có một hoặc hai nhiễu xạ. Nếu mẫu bao gồm nhiều tinh thể định hướng hỗn loạn , các tia nhiễu xạ nằm trên bề mặt của một số nón. Các nón có thể hướng theo mọi chiều, phía trước hoặc phía sau Một mẫu của một số hàng trăm tinh thể (tức là một mẫu bột) cho thấy các mặt nón là liên tục. Một phim vòng tròn được sử dụng để ghi lại các mẫu nhiễu xạ như được hiển thị. Mỗi nón cắt bộ phim đem lại cho dòng nhiễu xạ. Các dòng được coi là vòng cung trên phim. . -W là khoảng cách giữa điểm vào và ra của tia tới ứng với góc 1800. - ta đo đoạn S1 ứng với góc 2θ - Theo định luật Bragg: nλ = 2d sinθ Ta được: S1 2W d hkl sin 2 a h2 k 2 l 2 2 4a 2 (h 2 k 2 l 2 ) Keát hôïp vôùi söï thieáu caùc vaïch nhieãu xaï ôû caùc loaïi maïng laäp phöông khaùc nhau, töø aûnh nhieãu xaï coù theå ñoaùn nhaän tinh theå thuoäc caáu truùc naøo Maïng laäp phöông P : caùc vaïch nhieãu xaï töông öùng vôùi s = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10,... Maïng laäp phöông I : s = 2, 4, 6, 8, 10,... Maïng laäp phöông F : s = 3, 4, 8, 11, 12, 16.. HEÄ LAÄP PHÖÔNG : Treân phim chuïp caùc tinh theå thuoäc heä laäp phöông, theo lyù thuyeát , chæ coù theå xuaát hieän caùc vaïch coù chæ soá Miller cho ôû Baûng sau . h2+k2+l2 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 P (001) (011) (111) (002) (012) (112) (022) (122), (003 (013) (113) (222) (023) (213) I F --(011) --(002) --(112) (022) --(013) --(222) --(213) ----(111) (002) ----(022) ----(113) (222) ----- h2+k2+l2 16 17 18 19 20 21 22 24 25 26 27 29 30 P (004) (014),(223) (033),(114) (133) (204) (214) (323) (224) (034),(005) (314),(015) (333),(115) (520),(432) (521) I (004) --(033),(114) --(204) --(323) (224) --(015),(314) ----(521) F (004) ----(133) (204) ----(224) ----(333),(115) ----- Soá nguyeân töû trong moät oâ ñôn vò Khi ñaõ ñoàng nhaát ñöôïc oâ ñôn vò , coù theå tính theå tích cuûa noù. Toång khoái löôïng cuûa caùc nguyeân töû coù trong oâ – khoái löôïng rieâng (g/cm3) vaø V tính baèng (A0 )3 . o Neáu tinh theå chæ goàm 1 loaïi nguyeân töû vôùi khoái löôïng nguyeân töû A thì soá nguyeân töû trong oâ ñôn vò n = (SA)/A o Neáu tinh theå laø moät hôïp chaát vôùi khoái löôïng phaân töû M, thì soá phaân töû trong 1 oâ baèng n = (SA)/M. Nhieãu xaï keá ( Diffractometer) Boä ñeám xung Tia X cuõng nhö tia coù khaû naêng ion hoùa caùc chaát khí, taïo ra caùc ion döông vaø electron töï do vôùi soá löôïng tyû leä vôùi cöôøng ñoä tia haáp thuï. Neáu caùc haït mang ñieän naøy xuaát hieän trong ñieän tröôøng , chuùng seõ taïo ra caùc xung ñieän. Ñeå phaùt hieän caùc xung ngöôøi ta duøng caùc oáng ñeám. Ñeám soá xung xuaát hieän trong oáng ñeám, coù theå ñaùnh giaù cöôøng ñoä cuûa tia X. Khaùc vôùi phöông phaùp chuïp aûnh, trong nhieãu xaï keá , maãu vaø oáng ñeám ñeàu ñöôïc quay. Chuùng ñöôïc laép treân moät giaùc keá coù caáu taïo sao cho maãu ño vaø oáng ñeám quay ñoàng thôøi vôùi toác ñoä quay theo tyû leä 1 : 2. Boä phaân lieät ñònh daïng xung Kñaïi daõi roäng Boä ño toác ñoä taïo xung Oáng ñeám Boä ñieàu khieån quay maãu vaø oáng ñeám Nguoàn nuoâi oån ñònh Töï ghi Nhieãu xaï keá Boá trí cuûa Bragg - Bretano Coù hai cheá ñoä ghi phoå : 1. Cheá ñoä ghi lieân tuïc ñöôïc duøng vôùi toác ñoä quay chaäm vaø haèng soá thôøi gian RC nhoû. 2. Cheá ñoä ghi giaùn ñoaïn . Coù theå ghi theo moät trong hai caùch sau : * ño soá xung trong moät khoaûng thôøi gian xaùc ñònh roài quay leân moät böôùc • * ño thôøi gian caàn ñeå thu nhaän moät soá xung xaùc ñònh roài cho quay leân moät böôùc. Caùch laøm sau chính xaùc hôn vôùi sai soá tyû leä vôùi (n)1/2. Trong caùch 1 sai soá lôùn ñaëc bieät laø vôùi caùc nhieãu xaï yeáu. Diffractogram Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä nhieãu xaï theo goùc nhieãu xaï 2θ Tinh theå hoaøn haûo Tinh theå khoâng hoaøn haûo Chaát loûng hay thuûy tinh Cöôøng ñoä I ñöôïc bieåu thò baèng haøm delta Caùc ñænh môû roäng I laø moät haøm lieân tuïc bieán thieân chaäm . Đặc tính Thông tin thu được Vị trí đỉnh (2θ) Kích thước ô cơ bản và tính đối xứng. Độ mở rộng của đỉnh phổ Sự hiện diện của một tạp chất tinh thể Chiều rộng của đỉnh phổ Kích thước hạt Cường độ cao điểm Dao động nhiệt của nguyên tử Peak Shapes lỗi, khuyết tật trong mạng tinh thể Diffractogram 2 ( ñoä) Cöôøng ñoä Coâng thöùc Scherrer Tính toaùn chính xaùc hôn cho phöông trình K . t B.cos B t = ñoä daøy cuûa tinh theå con K = haèng soá phuï thuoäc vaøo daïng cuûa tinh theå con (0,89) = böôùc soùng tia X B = goùc Bragg BM: ñoä roäng cuûa vaïch ôû nöûa ñoä cao ( radians) BS: ñoä roäng töông öùng cuûa vaät lieäu khoái chuaån ( kích thöôùc haït lôùn >200 nm) Coù theå aùp duïng cho kích thöôùc tinh theå 5-50 nm. Caùc tia nhieãu xaï döôùi goùc naèm giöõa 1 vaø 2 coù cöôøng ñoä khaùc 0 neân chuøm nhieãu xaï coù ñoä roäng B ôû nöûa ñoä cao cuûa vaïch : B = (21 -22 ) / 2 = 1 -2 . Ñoä roäng cuûa vaïch nhieãu xaï do soá maët tinh theå 2n ( ñoä daøy / kích thöôùc cuûa tinh theå ) quy ñònh Ví duï minh hoïa Au Foil 10000 9000 8000 98.25 (400) 7000 Counts 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 95 95.5 96 96.5 97 97.5 98 98.5 2 Theta 99 99.5 100 100.5 101 101.5 102 Ví duï minh hoïa 0 ,89. t B.cos B B = (98,3 – 98,2)*π/180 = 0.00174 t = 0,89*λ / (B cos θB) λ = 1,54 Ǻ = 0,89*1,54 Ǻ / ( 0,00174 * cos (98,25 / 2 ) ) = 1200 Ǻ ÖÙng duïng cuûa phöông phaùp Debye - Scherrer Phöông phaùp Debye-Scherrer laø kyõ thuaät maïnh nhaát ñeå nghieân cöùu caáu truùc cuûa chaát raén ña tinh theå. Phaân tích ñònh tính : ñoàng nhaát pha vaø ñoä saïch cuûa maãu. Phaân tích ñònh löôïng : Xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa oâ ñôn vò Phaân tích thaønh phaàn cuûa caùc pha Phaân tích caáu truùc : maïng tinh theå Haèng soá maïng, Phöông phaùp Rietveld Phaân tích ñoä roäng vaø daïng cuûa vaïch nhieãu xaï : Kích thöôùc cuûa tinh theå vi bieán daïng ( micro strain ) Noàng ñoä sai hoûng môû roäng Töø ñoä bieán daïng coù theå suy öùng suaát dö neáu bieát caùc haèng soà ñaøn hoài cuûa vaät lieäu. Haïn cheá cuûa phöông phaùp boät Taäp 3D cuûa caùc veát nhieãu xaï thu ñöôïc töø thí nghieäm treân ñôn tinh theå ñöôïc taäp trung thaønh hình aûnh 1D trong phöông phaùp Debye-Scherrer . Ñieàu naøy daãn ñeán söï choàng chaát ngaãu nhieân vaø chính xaùc caùc vaïch laøm cho vieäc xaùc ñònh cöôøng ñoä cuûa caùc vaïch trôû neân phöùc taïp. Söï ñoái xöùng cuûa tinh theå khoâng thaáy ñöôïc tröïc tieáp töø aûnh nhieãu xaï. Caùc hoãn hôïp ña pha coù theå gaëp khoù khaên. Ñònh höôùng öu tieân coù theå daãn ñeán vieäc xaùc ñònh cöôøng ñoä cuûa caùc vaïch khoâng chính xaùc .