Transcript TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN TÍCH VẬT LIỆU RẮN ỨNG DỤNG &

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
KỸ THUẬT PHÂN TÍCH VẬT LIỆU RẮN
ỨNG DỤNG & CÁCH ĐOÁN NHẬN
GVHD: GS.TS. Lê Khắc Bình
HVTH: Phan Trung Vĩnh
NỘI DUNG TRÌNH BÀY
ĐIỀU KIỆN NHIỄU XẠ BRAGG – BIỂU DIỄN DƯỚI
DẠNG HÌNH HỌC
1. XÁC ĐỊNH SỰ ĐỊNH HƯỚNG CỦA TINH THỂ
2. XÁC ĐỊNH SỰ ĐỐI XỨNG CỦA TINH THỂ
Điều kiện để có nhiễu xạ:
2.d .sin   n.
Tia X, λ
ĐỊNH LUẬT BRAGG
θ
2θ
Trong đó:
d: khoảng cách giữa 2 mặt mạng song
song lân cận
d
2θ: góc hợp bởi tia X tới và tia nhiễu xạ
λ: bước sóng tia X
n: bậc nhiễu xạ
Biểu diễn dưới dạng hình học
MẠNG ĐẢO
Mỗi nút mạng đảo  Một họ
mặt mạng và dhkl mạng thuận
Chùm tia X tới
Một điểm nút S0 được
chọn làm gốc.
O
S0
CẦU EWALD
Một mặt cầu tâm O,
bán kính OS0 = 1/λ CẦU EWALD
MẠNG ĐẢO
Mỗi nút mạng đảo  Một họ
mặt mạng và dhkl mạng thuận
CẦU EWALD
Mặt phẳng
trung trực (Q)
S0
Chùm tia X tới
O
2θ
I
P
Nút mạng đảo nằm
trên cầu Ewald
S0 P  2.S0 I
1
d
P
S0
S0 I  S0O.sin 
1
MẠNG ĐẢO
1
1
 2. .sin 
d

Giả sử, có 1 nút mạng
đảo khác S0 nằm trên
cầu Ewald
Gọi (Q) là mặt phẳng
trung trực của S0P.
(Q)  S0P tại I.
  2.d .sin 
Điều kiện nhiễu xạ Bragg

Như vậy, những nút mạng đảo nào nằm trên cầu Ewald sẽ thỏa mãn
điều kiện Bragg, tức là cho vết nhiễu xạ trên phim.
Thay đổi bán kính cầu
Ewald  Thay đổi λ
PHƯƠNG PHÁP LAUE
Thay đổi định hướng
λ mạng đảo  Thay đổi θ
PHƯƠNG PHÁP DEBYE
θ
CẦU EWALD
Đồng phẳng
S0
Các nút mạng đảo thuộc cùng một
vùng tạo thành một đường tròn
S0
S0
O
P
P
P
 Trên cầu Ewald, có rất nhiều nút mạng đảo thỏa mãn điều kiện Bragg.
 Những nút đồng phẳng là những nút thuộc cùng một vùng tinh thể.
 Từ tâm O, nối dài các nút đồng
phẳng cắt màn phim tại các điểm
S1
tạo thành đường ellipse, đây là
2φ
P
OS1P là mặt nón tròn xoay
Góc S ÔP = 2φ
Màn phim
S0
O
các vết nhiễu xạ trên phim.
NHẬN XÉT
 2φ < 90: đường của
vết nhiễu xạ → ellipse
2φ = 900
2φ > 900
O
 2φ > 900: đường của vết
nhiễu xạ → đường hyperbol
Vết nhiễu xạ Laue của
một tinh thể Al (FCC)
Đường ellipse
Đường hyperbol
Phân tích các vết nhiễu xạ
2φ < 900
Sự định hướng tinh thể
Sự đối xứng của tinh thể
2φ > 900
Màn phim
 2φ = 900: đường của vết
nhiễu xạ → đường parabol
Màn phim
O
Xác định sự định hướng của tinh thể
 Đối với tinh thể lập phương: Đặc biệt
z
z
y
Ảnh nhiễu xạ Laue có
x [100]
trục đối xứng bậc 4
z
y
x [100]
Tia X
Phương [100] được định
hướng // với tia X tới
z
Tia X
[111]
y
Ảnh nhiễu xạ Laue có
trục đối xứng bậc 3
x
x
y
Phương [111] được định
hướng // với tia X tới
 Đối với tinh thể bất kỳ: Thực hiện theo các bước
17
18
24
16
14
23
4
3
5
6
2
15 1
Xác định vết của tia tới S0
7
S0
13
 Dùng giấy can in lại các
vết nhiễu xạ trên phim.
8
(Vết của tia tới có kích thước
lớn nhất và sáng nhất)
9
 Đánh số các vết nhiễu xạ
10
22
19
11
12
21
 Đo khoảng cách li giữa S0
đến vết nhiễu xạ thứ i (i = 1→24)
20
S0
Màn 15
phim
l15S0
2θ
Nguồn tia X
đa sắc
D
8
Góc nhiễu xạ ứng với từng vết:
Mẫu tinh thể
tg 2 i 
li
D
Với D là khoảng cách từ
mẫu tinh thể đến phim
Lưới Wulf
 Dựng hình chiếu gnomostereo từ ảnh nhiễu xạ Laue:
17
Đặt lưới Wulf dưới giấy can,
tâm S0 trùng với tâm lưới Wulf.
24
Để dựng hình chiếu của 1 vết nào đó
(ví dụ S1), quay giấy can quanh S0 đến
khi S1 nằm trên đường xích đạo của lưới.
16
14
23
4
3
2
15 1
5
6
S1
7
S0
13
Đường xích đạo
18
8
9
10
22
21
A
Từ điểm A
bên kia mép
lưới, đánh
dấu góc
θ2 trên
giấy can
19
11
12
20
θ2 = 300
1800
900
θ2
00
θ2 = 300
1800
θ2
 Chỉ chọn ra những vết nhiễu xạ đậm phân
bố trên cùng 1 đường ellipse để dựng hình
chiếu Gnomo-stereo.
00
2’
Vết nhiễu xạ ảnh Laue của tấm nhôm mỏng
Hình chiếu của vết S1 trên giấy can
Hình chiếu Gnomo-stereo của các vết nhiễu xạ
Những vết nhiễu xạ nằm trên đường
ellipse thuộc cùng 1 vùng của tinh thể.
A
B
Xét các vết
nhiễu xạ của
ellipse nhỏ.
Đoạn thẳng
AB đi qua
tâm lưới Wulf.
A
Những hình chiếu Gnomo-stereo của các
vết nhiễu xạ thuộc cùng 1 vùng sẽ là
một đường kinh tuyến của lưới Wulf.
Xác định trục vùng và
góc giữa hai trục vùng
Đường chiếu
Gnomo-stereo
B
x’ A
Đường chiếu
Gnomo-stereo
A
Đường xích đạo
L
B
Lưới Wulf cố định
aB
x’ A
 Quay đoạn thẳng AB
quanh tâm lưới cho đến
khi phương của AB
trùng ax’
 Đường chiếu Gromo
-stereo cắt đường quỹ
đạo của lưới tại L. Đánh
dấu L.
L
1800
 Từ L, đếm hướng về
trục ax’ một góc 900
900
aB
K
00
 Ta được điểm K. Lấy
L làm gốc, dựng vector LK.
x’ A
A
K
L
1800
900
K
00
B
L
aB
 Xoay đoạn thẳng AB trở
lại vị trí ban đầu.
Ảnh vết
nhiễu
xạ Laue
của tinh
thể
 LK chính là phương của
trục vùng tinh thể cần tìm.
Như vậy, trục vùng của các vết nhiễu xạ
trên đường ellipse nhỏ chính là vector
LK. Tương tự cho đường ellipse lớn.
K
Giả sử ta được vector EF.
Góc (KL,EF) = Góc giữa E
2 trục vùng
L
F
Xác định trục vùng và Sử dụng
Xác định chỉ số của trục vùng
góc giữa hai trục vùng BẢNG TRA
GÓC
GIỮA
HAI
PHƯƠ
-NG
TINH
THỂ
TRO
-NG
HỆ
MẠNG
LẬP
PHƯƠ
-NG
100
110
111
100
00
900
110
450
900
111
54,740
35,260
900
00
70,530
210
26,560
63,430
900
18,430
50,770
71,560
39,230
75,040
211
35,260
65,900
210
211
00
600
960
310 54,740
19,470
73,220 610 61,870 900
36,870 [210] K
53,130
630 F
66,420
E
78,460 600
L [100]
00
24,090
00 33,560
43,090
48,190 600
56,790
70,500
79,480 900
80,400
Xác định sự đối xứng của tinh thể
Từ tính đối xứng của
các vết nhiễu xạ trên phim
Tính đối xứng của tinh thể
S0
Màn phim
l15S0
2θ
(001)
CHÙM TIA X
D
Song song
Mẫu tinh thể
Mặt đối xứng
Nguồn tia X
đa sắc
Ảnh nhiễu xạ Laue phân
bố đối xứng tương ứng
Ảnh nhiễu xạ Laue thường z
có tính đối xứng qua tâm S0
VÍ DỤ
Ảnh nhiễu (001)
xạ Laue
có trục
đối xứng
bậc 3
(001)
(010)
Trục đối xứng
(100)
[111]
z
(001)
(010)
y
(100)
(100)
x
Chiếu tia X theo phương 1 1 1 x
y
(010)
Ảnh nhiễu xạ Laue có
trục đối xứng bậc 4
z [001]
Chiếu chùm tia X theo
phương [001], ảnh nhiễu
xạ thu được có trục đối
xứng bậc 4 tương ứng
với tia X nhiễu xạ trên
các mặt:
(111)
(111)
y
(1 11)
(111)
z
x
z [001]
[001]
(111) : ABC
(111) : AEC
A
(1 11) : ADB
(111)
(111)
(1 11) : ADE
E
D
y
(111)
(1 11)
B
x
x
C
y
Tính đối
xứng của
ảnh Laue
cao hơn
Tính đối
xứng của
tinh thể
Ảnh Laue luôn có tâm đối xứng
Ảnh Laue có thể có 10
kiểu đối xứng khác nhau
Tinh thể có mặt phẳng đối
xứng m chứa phương tia X
Ảnh Laue đối xứng
qua đường thẳng  phim
Lớp m
Tinh thể vừa
có trục đối
xứng, vừa
có mặt đối
xứng
Tinh thể không
có trục đối xứng
nào (hay trục bậc 1)
Ảnh Laue không
có tính đối xứng
Lớp 1
Lớp 2m,
3m, 4m,
6m
Tinh thể có các trục
đối xứng nằm dọc
theo tia X
Ảnh Laue có trục
đối xứng bậc 2, 3,
4, 6 nằm  phim
Lớp 2, 3, 4, 6
Các lớp đối xứng Laue và đặc điểm đối xứng của ảnh Laue
với hướng tia tới dọc theo các trục khác nhau của tinh thể
Với tinh thể lập phương, để phân biệt lớp m3 và m3m, cần chụp thêm 1 phim với chùm
tia tới hướng theo trục [111]
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Khắc Bình – Bài giảng Cao học Vật lý Ứng dụng
học phần Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn.
2. Lê Khắc Bình, Nguyễn Nhật Khanh – Giáo trình Vật lý
Chất rắn, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, 2001.
3. Lê Công Dưỡng – Kỹ thuật phân tích cấu trúc bằng tia
Rontgen, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1974.
CÁM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN
ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI
• Chúng tôi đã dịch được một số chương
của một số khóa học thuộc chương trình
học liệu mở của hai trường đại học nổi
tiếng thế giới MIT và Yale.
• Chi tiết xin xem tại:
• http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html
• http://mientayvn.com/OCW/YALE/Ki_thuat_y_sinh.html