Phân tích đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu tổ hợp ag zno

MỞ ĐẦU Kẽm oxit ZnO là một loại hợp chất chất bán dẫn II - VI II - VI compound semiconductor với năng lượng vùng cấm trực tiếp rộng 3,1 - 3,2 eV và năng lượng liên kết kích thích lớn 60

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Thái Nguyên - 2018

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Chuyên ngành : Hóa phân tích

Mã số : 8 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trương Thị Thảo

Thái Nguyên - 2018

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin được tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô Khoa Hóa học Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên đã trang bị kiến thức cho

em trong hai năm học tập và nghiên cứu

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo trường Đại học khoa học Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa Hóa học và các cán bộ nhân viên phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Cuối cùng em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới người đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này đó là cô Trương Thị Thảo

Dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện luận này văn, nhưng do còn hạn chế về mặt năng lực, thời gian nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung, sửa chữa Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của quý thầy cô để luận văn tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Trần Bình Trọng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

a, b, c Hằng số mạng tinh thể

h, k, l Các chỉ số Miler

Ppm Một phần triệu (parts per million)

PR Phenol đỏ (Phenol red)

SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) TEM Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy)

TG - DTA Phép phân tích nhiệt (Thermal Analysis)

UV - Vis Tử ngoại khả kiến (Ultraviolet–visible spectroscopy)

XRD Nhiễu xạ tia X (X - Ray Diffraction)

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng pha các dung dịch chuẩn PR xác định khoảng tuyến tính 28Bảng 3.1 Độ hấp thụ quang các dung dịch PR nồng độ 1 ppm đến 30 ppm 39Bảng 3.2: Độ hấp thụ, nồng độ dung dịch và hiệu suất quang xúc tác chuyển hóa

PR nồng độ 20 ppm dưới ánh sáng mặt trời của ZnO và Ag/ZnO 40Bảng 3.3 : Hiệu suất khuyển hóa PR khi dùng xúc tác quang Ag/ZnO và dung dịch PR với nồng độ khác nhau, số lần tái sử dụng vật liệu 41Bảng 3.4 Số khuẩn lạc của mẫu đối chứng khi pha loãng 45Bảng 3.5 Số khuẩn lạc của mẫu Ag/ZnO 1:30 - 450°C ở các nồng độ pha loãng 46Bảng 3.6 Số khuẩn lạc của mẫu đối chứng khi pha loãng 48Bảng 3.7 Số khuẩn lạc của mẫu Ag/ZnO 1:30 - 450°C ở các nồng độ pha loãng 49

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu trúc Wurtzite và Blende của ZnO 3

Hình 1.2 Phổ huỳnh quang của ZnO khối loại n 5

Hình 1.3 Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp sol - gel 8

Hình 1.4 Quá trình ngưng tụ 9

Hình 1.5 Vùng năng lượng của chất dẫn điện, bán dẫn, chất dẫn điện 10

Hình 1.6 Electron và lỗ trống quang sinh khi chất bán dẫn bị kích thích 11

Hình 1.7 Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn 12

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của phenol đỏ 13

Hình 1.9 Cân bằng phản ứng của phenol vàng và phenol đỏ 14

Hình 1.10 Vi khuẩn trực khuẩn mủ xanh 15

Hình 1.11 Tụ cầu vàng 16

Hình 1.12 Sơ đồ để mẫu và cặp nhiệt điện cho TGA - DTA 18

Hình 1.13 Minh hoạ sự nhiễu xạ của tia X 19

Hình 1.14 Minh hoạ độ rộng nửa chiều cao peak, FWHM 20

Hình 1.15 Nguyên tắc phát xạ tia X dùng trong phổ 22

Hình 2.1 Pha loãng mẫu 32

Hình 2.2 Kỹ thuật cấy chang 33

Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu Ag/ZnO 34

Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu ZnO và Ag/ZnO 35

Hình 3.3 Phổ SEM - EDX của mẫu Ag/ZnO 36

Hình 3.4 Ảnh SEM của ZnO và Ag/ZnO 36

Hình 3.5 Phổ UV – Vis của mẫu bột ZnO và Ag/ZnO 37

Hình 3.6 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang dung dịch phenol đỏ pH = 7 vào bước sóng trong phép xác định phenol đỏ 38

Hình 3.7 Đường chuẩn để xác định nồng độ PR bằng phương pháp UV – Vis 39 Hình 3.8 Hiệu suất phân hủy PR của vật liệu Ag/ZnO 41

Hình 3.9 Hoạt tính xúc tác của vật liệu tổ hợp Ag/ZnO 42

Hình 3.10 Hiệu quả xử lý PR của vật liệu tổ hợp Ag/ZnO khi có mặt chất một

số tác nhân cản trở phản ứng 42Hình 3.11 Hình ảnh kết quả khử khuẩn Pseu của mẫu Ag/ZnO nồng độ khác nhau 44Hình 3.12 Khuẩn lạc của mẫu đối chứng khi pha loãng 45Hình 3.13 Khuẩn lạc của mẫu vật liệu Ag/ZnO 1:30 nung ở 450°C nồng độ 0,01g/ml khi pha loãng 45Hình 3.14 Khuẩn lạc của mẫu vật liệu Ag/ZnO 1:30 nung ở 450°C nồng độ 0,02g/ml khi pha loãng 45Hình 3.15 Khuẩn lạc của mẫu vật liệu Ag/ZnO 1:30 nung ở 450°C nồng độ 0,05g/ml khi pha loãng 46Hình 3.16 Khuẩn lạc của mẫu vật liệu Ag/ZnO 1:30 nung ở 450°C nồng độ 0,1g/ml khi pha loãng 46Hình 3.17 Hình ảnh kết quả khử khuẩn tụ cầu vàng của mẫu Ag/ZnO tỉ lệ 1:30 nung ở 450oC nồng độ khác nhau 47Hình 3.18 Khuẩn lạc của mẫu đối chứng khi pha loãng 48Hình 3.19 Khuẩn lạc của mẫu vật liệu Ag/ZnO 1:30 nung ở 450°C nồng độ 0,01g/ml khi pha loãng 48Hình 3.20 Khuẩn lạc của mẫu vật liệu Ag/ZnO 1:30 nung ở 450°C nồng độ 0,02g/ml khi pha loãng 48Hình 3.21 Khuẩn lạc của mẫu vật liệu Ag/ZnO 1:30 nung ở 450°C nồng độ 0,05g/ml khi pha loãng 49Hình 3.22 Khuẩn lạc của mẫu vật liệu Ag/ZnO 1:30 nung ở 450°C nồng độ 0,1g/ml khi pha loãng 49

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO 3

1.1.1 Cấu trúc vật liệu 3

1.1.2 Tính chất hóa lý 4

1.1.3 Tính chất điện 4

1.1.4 Tính chất quang 4

1.1.5 Vật liệu tổ hợp của ZnO 5

1.2 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU 6

1.2.1 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 6

1.2.2 Phương pháp sol - gel 8

1.3 HOẠT TÍNH CỦA VẬT LIỆU Ag/ZnO 10

1.3.1 Hoạt tính quang xúc tác một số hợp chất màu hữu cơ 10

1.3.2 Hoạt tính kháng khuẩn 15

1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ 17

1.4.1 Phương pháp phân tích nhiệt TGA - DTA 17

1.4.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 18

1.4.3 Hiển vi điện tử quét 21

1.4.4 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X 21

1.4.5 Phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến 23

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 24

2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 24

2.2 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 24

2.2.1 Nguyên liệu, hóa chất 24

2.2.2 Thiết bị 25

2.3 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 26

2.3.1 Quy trình tổng hợp hệ vật liệu Ag/ZnO 26

2.3.2 Phương pháp đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu ZnO 26

2.3.3 Đánh giá hoạt tính diệt khuẩn của vật liệu Ag/ZnO 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Xác định nhiệt độ đốt cháy gel 34

3.3 Đặc tính quang xúc tác của vật liệu 38

3.3.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ cực đại của PR 38

3.3.2 Khảo sát khoảng tuyến tính giữa nồng độ PR và mật độ quang 38

3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác chuyển hóa PR của vật liệu tổng hợp 40

3.3.4 Phân tích xác định cơ chế quang xúc tác chuyển hóa PR của vật liệu tổng hợp Ag/ZnO 42

3.4 Khả năng kháng khuẩn 44

3.4.1 Khả năng kháng khuẩn của vật liệu tổ hợp Ag/ZnO trên vi khuẩn Gram âm (Đại diện là Pseu) 44

3.4.2 Khả năng kháng khuẩn của vật liệu tổ hợp trên vi khuẩn gram dương - Đại diện là tụ cầu vàng 47

KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

MỞ ĐẦU Kẽm oxit (ZnO) là một loại hợp chất chất bán dẫn II - VI (II - VI

compound semiconductor) với năng lượng vùng cấm trực tiếp rộng (3,1 - 3,2 eV) và năng lượng liên kết kích thích lớn (60 meV) ở nhiệt độ phòng; vật liệu này đã và đang hấp dẫn sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu, do tính chất điện và quang điện độc đáo cũng như tiềm năng ứng dụng của nó trong lĩnh vực huỳnh quang, quang xúc tác, hoả điện, cảm biến khí, điện hoá và tế bào mặt trời [10-12] ZnO có các hình thái vô cùng phong phú tuỳ thuộc vào phương pháp tổng hợp khác nhau: dạng nano cầu, nano que, cấu trúc nano đa chiều hình ziczac, hình bông hoa, v.v… ZnO cũng được xem có tiềm năng thay thế TiO2 do có năng lượng vùng cấm tương tự và giá thành thấp

Các nghiên cứu cho thấy, cách hiệu quả nhất để tăng hoạt tính quang xúc tác của ZnO trong vùng khả kiến bằng cách làm giảm độ rộng vùng cấm của nó

là làm giảm kích thước của vật liệu hoặc biến tính ZnO bằng một số kim loại hay á kim nhằm thay đổi cấu trúc điện tử, làm ngăn cản sự tái kết hợp của cặp điện tử - lỗ trống sinh ra do sự kích thích của ánh sáng tử ngoại - khả kiến Kết quả này tạo ra các vật liệu xúc tác có hoạt tính xúc tác quang hóa tốt [10, 12, 18] Ag được biết có hiệu ứng đặc biệt khi tồn tại ở kích thước nanomet là

“Cộng hưởng Plasmon bề mặt” Kích thước, khoảng cách giữa các hạt nano Ag

có thể hấp thụ các bước sóng khác nhau trong vùng nhìn thấy Điều này giúp cải thiện hoạt tính quang học của ZnO trong vùng ánh sáng nhìn thấy [14,15,18,19,22]

Các ứng dụng của hoạt tính quang xúc tác của ZnO thường được ứng dụng phủ lên kính dùng làm cửa, cửa sổ,…, do đó khả năng diệt khuẩn làm trong lành không khí là rất cần thiết, đặc tính được cải thiện rõ rệt khi dùng Ag [14,19,22]

Trên cơ sở đó và căn cứ vào điều kiện nghiên cứu của phòng thí nghiệm,

chúng tôi chọn đề tài “Phân tích đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu tổ

hợp Ag - ZnO”, tập trung phân tích tính chất quang xúc tác và diệt khuẩn của

vật liệu này

Cấu trúc của luận văn gồm các phần sau:

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan các vấn đề mà nhiều tác giả khác đã nghiên cứu,

từ đó đặt ra mục tiêu nghiên cứu để đóng góp một phần vào lý thuyết cũng như thực tiễn của vấn đề đang nghiên cứu.Trình bày lý thuyết các phương pháp phân tích hóa lý dùng trong luận văn

- Chương 2: Trình bày mục tiêu và nội dung của luận văn Trình bày các

phương pháp thực nghiệm Thảo luận các phương pháp hoá lý dùng để phân tích

và đánh giá tính chất của vật liệu; hoạt tính xúc tác và cảm biến của vật liệu điều chế được

- Chương 3: Trình bày kết quả và thảo luận những vấn đề liên quan đến

tổng hợp vật liệu Ag-ZnO và hoạt tính xúc tác, kháng khuẩn của vật liệu tổng hợp được

- Kết luận rút ra trong quá trình nghiên cứu

- Tài liệu tham khảo

- Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO

1.1.1 Cấu trúc vật liệu

ZnO thuộc dạng bán dẫn loại n, ở nhiệt độ phòng có năng lượng vùng cấm

trực tiếp rộng 3,1 – 3,2 eV và năng lượng kích thích liên kết lớn (60 meV)

[Error! Reference source not found.7,10,13]

ZnO thường tồn tại trong hai cấu trúc tinh thể lục phương wurtzite và lập phương blende (hình 1.1), ở áp suất cao còn tồn tại dạng rocksalt

Hình 1.1 Cấu trúc Wurtzite và Blende của ZnO

Ở nhiệt độ và áp suất thường, tinh thể ZnO wurtzite khá ổn định và cấu trúc xếp chặt với mạng lưới lục phương, các ion O2 - và Zn2+ thay phiên xếp chồng lên nhau theo mạng lục giác xếp chặt, mỗi anion bao bọc bởi 4 cation và ngược lại Số phối trí 4 đặc trưng cho liên kết cộng hóa trị với lai hóa sp3 nhưng bản chất liên kết ZnO là liên kết ion Cấu trúc khuyết oxi trong mạng là nguyên nhân làm ZnO có tính bán dẫn loại n Sự phối trí tứ diện này phát sinh sự đối xứng phân cực dọc theo trục lục phương tạo ra những tính chất đặc biệt của ZnO bao gồm tính hoả điện và sự phân cực hoá đồng thời Cấu trúc của ZnO là yếu tố quan trọng nhất trong sự phát triển tinh thể Hệ số hoả điện lớn của ZnO cho phép tạo ra một thiết bị gọi là sóng âm bề mặt (surface acoustic wave) (SAW) có thể hoạt động ở tần số cao Sự thay đổi tính chất điện như độ dẫn được cho là do

sự hiện diện của các ôxi trống, xâm nhập kẽm trên bề mặt, tạp chất hiđrô và các khuyết tật khác Về phương diện kỹ thuật, ZnO là một loại vật liệu quan trọng

và đa chức năng với nhiều ứng dụng khác nhau trong kỹ thuật điện tử, cửa sổ thông minh, thiết bị hoả điện, lazer UV, detector quang UV, cảm biến khí, cảm biến hoá học, cảm biến sinh học và chất kháng khuẩn [7,10,13]

1.1.3 Tính chất điện

ZnO là bán dẫn loại n, độ rộng vùng cấm 3,4 eV ở 300K Dưới đáy vùng dẫn tồn tại 2 mức donor cách đáy vùng dẫn lần lượt là 0,05 eV và 0,15 eV ZnO tinh khiết là chất cách điện ở nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ thường, electron không đủ năng lượng để nhảy lên vùng dẫn, nên ZnO dẫn điện kém ở nhiệt độ phòng Khi nhiệt độ tăng đến khoảng 200 ÷ 400oC, các electron nhận được năng lượng nhiệt đủ lớn chúng có thể di chuyển lên vùng dẫn, lúc đó ZnO trở thành chất dẫn điện [10]

1.1.4 Tính chất quang

Tính chất quang của ZnO phụ thuộc mạnh vào cấu trúc vùng năng lượng

và mạng động lực [10] Nói chung, tính chất quang của ZnO có nguồn gốc do sự tái hợp các trạng thái kích thích có trong khối Cơ chế này cho phép xử lý và phân tích phổ thu được từ ZnO và gắn cho nhiều sai hỏng liên quan đến đặc điểm của phổ, cũng như phát xạ cặp donor - aceptor (DAP) Sự mở rộng đỉnh từ 1,9 eV đến 2,8 eV liên quan đến một lượng lớn sai hỏng cũng là một tính chất quang phổ biến của ZnO Nguồn gốc phát quang trong vùng xanh lá cây vẫn chưa được hiểu rõ, người ta thường quy cho một các tạp chất và khuyết tật khác nhau trong mạng tinh thể Hình 1.2 là phổ huỳnh quang điển hình của ZnO loại

n ở 4,2K Sự kích thích cặp donor - aceptor và sự mở rộng vùng phát xạ xanh đều có thể được nhìn thấy rõ ràng, như thể là bản sao của các phonon quang dọc

Hình 1.2 Phổ huỳnh quang của ZnO khối loại n

1.1.5 Vật liệu tổ hợp của ZnO

Như ta đã biết, do độ rộng vùng cấm của ZnO khá lớn (3.4eV) nên chỉ ánh sáng tử ngoại (UV) với bước sóng λ<380nm mới kích thích được điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tượng quang xúc tác Điều này hạn chế khả năng quang xúc tác của ZnO, thu hẹp phạm vi ứng dụng của vật liệu này Để

sử dụng được ánh sáng mặt trời vào quá trình quang xúc tác của ZnO, cần thu hẹp vùng cấm của nó Có thể thực hiện thay đổi cấu trúc của ZnO bằng phương pháp điều chế khác nhau như phương pháp sol - gel, thủy nhiệt, đồng kết tủa, hoặc thay đổi bề mặt với các phương pháp tẩm, nhúng, phun, hấp phụ Hoặc bằng cách tổ hợp ZnO với một số nguyên tố khác Mặt khác, chỉ khi điện tử và

lỗ trống bị bẫy được dung dịch chuyển tới bề mặt, phản ứng quang xúc tác mới

có thể xảy ra Do đó, ion kim loại phải được pha tạp gần bề mặt của hạt ZnO để

sự dịch chuyển của điện tích được tốt hơn [19] Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, khi cho các kim loại phủ lên trên bề mặt ZnO cũng giúp nâng cao hoạt tính xúc tác của ZnO

Hạt nano kim loại, đặc biệt là các kim loại quý như vàng, bạc có một hiệu ứng vô cùng đặc biệt khi tồn tại ở kích thước nanomet, đó là “Cộng hưởng Plasmon bề mặt” (Surface Plasmon Resonance – SPR) Hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt là sự kích thích các electron tự do bên trong vùng dẫn, dẫn tới

sự hình thành các dao động đồng pha Các điện tử tự do trong kim loại này sẽ

dao động dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng Thông thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước Nhưng khi ngược lại, hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích Do vậy, tính chất quang của hạt nano có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến

từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện tử Khi dao động như vậy, các điện

tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dạng, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang Như vậy, bản chất của phổ hấp phụ không phải do

sự chênh lệch giữa các mức năng lượng, mà là do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Khi tần số của sóng ánh sáng tới bằng tần số dao động của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt, hạt nano Au, Ag sẽ có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Kích thước, khoảng cách giữa các hạt nano Au, Ag có thể hấp phụ các bước sóng khác nhau trong vùng nhìn thấy Dưới tác dụng của bức xạ khả kiến lên bề mặt cộng hưởng plasmon, các electron tự do được sinh ra từ các hạt Au, Ag sẽ nhảy vào vùng dẫn của ZnO, từ đó sẽ hình thành các cặp điện tử

và lỗ trống và do đó làm tăng tuổi thọ của chúng bằng cách làm giảm đi sự tái tổ hợp, điều này giúp cải thiện hoạt tính quang học [12] Hơn nữa, bạc được biết đến là nguyên tố có hoạt tính kháng khuẩn rất tốt, có thể tạo ra một tính chất mới cho vật liệu tổ hợp [4,14,15,17,20]

1.2 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU

1.2.1 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Trong công nghệ nano, các phương pháp tổng hợp vật liệu cấu trúc nano được thực hiện theo hai cách [10,12,13], đó là: từ trên xuống (top - down) và từ dưới lên (bottom - up)

Phương pháp từ trên xuống: tạo ra các vật liệu có cấu trúc nano từ vật liệu

ban đầu có kích thước vĩ mô thông qua các quá trình như: ăn mòn, thiêu kết, khắc nano bằng cách sử dụng chùm electron hoặc chùm photon Ưu điểm của phương pháp chế tạo này là: có thể điều chỉnh được chính xác vị trí và hướng của vật liệu Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là khó tạo ra được cấu trúc nhỏ hơn 10 nm, do sự nhoè của các chùm tia khắc

Phương pháp từ dưới lên: cấu trúc nano được tạo thành từ các nguyên tử hoặc ion riêng biệt bằng việc điều khiển quá trình nuôi, tạo mầm Phương pháp

từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai:

- Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử

hoặc chuyển pha Các nguyên tử hình thành nên vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý như: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang, ) hay phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển từ pha

vô định hình sang tinh thể, kết tinh Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano

- Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion

Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, chúng

ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol - gel ) và từ pha khí (nhiệt phân ) Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano

- Phương pháp kết hợp hoá - lý: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa

trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,

Trong những thập niên gần đây, đã có nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu có cấu trúc nano Dưới đây trình bày phương pháp tổng hợp sol - gel mà luận văn sử dụng

1.2.2 Phương pháp sol - gel

Phương pháp sol - gel là một phương pháp linh hoạt được sử dụng trong việc tạo ra các vật liệu gốm khác nhau Thông thường, trong quá trình sol - gel, các hạt keo được tạo nên từ quá trình thuỷ phân và phản ứng trùng hợp của các tiền chất (các muối vô cơ kim loại hoặc hợp chất kim loại hữu cơ) Sau khi hoàn thành quá trình trùng hợp và mất tính hoà tan thì dung dịch tiền chất chuyển từ sol lỏng sang gel pha rắn Bằng phương pháp sol - gel và các biện pháp xử lý thích hợp có thể chế tạo vật liệu gốm với nhiều dạng khác nhau như: bột nano, màng mỏng, sợi gốm, màng xốp, gốm chắc đặc hoặc các vật liệu aerogel cực xốp [10,12] Quá trình sol - gel và một số phương pháp tạo mẫu được minh hoạ trên hình 1.3

Hình 1.3 Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp sol - gel

Ưu điểm của phương pháp sol - gel:

- Có thể tổng hợp được vật liệu dưới dạng bột với cấp hạt cỡ micromet, nanomet;

- Có thể tổng hợp vật liệu dưới dạng màng mỏng, dạng sợi;

- Nhiệt độ tổng hợp không cần cao;

- Thời gian tạo mẫu khá nhanh

Về cơ chế hoá học: Quá trình sol - gel hình thành với 2 dạng phản ứng chính là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ

1.2.2.1 Phản ứng thủy phân

Phản ứng thủy phân thay thế nhóm kiềm (–OR) trong liên kết kim loại - kiềm bằng nhóm hydroxyl (–OH) để tạo thành liên kết kim loại - hydroxyl Theo phương trình phản ứng sau:

M(OR)x + nH2O thuy phan

ester hoa

  (RO)x - n - M - (OH)n + nROH M(OR)x + H2O M(OH)x + xROH

(x là hoá trị kim loại)

Các thông số ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình thủy phân là pH, bản chất

và nồng độ của chất xúc tác, nhiệt độ, dung môi, tỉ số H2O/M

1.2.2.2 Phản ứng ngưng tụ

Phản ứng ngưng tụ tạo nên liên kết kim loại - ôxy - kim loại, là cơ sở cấu trúc cho các màng ôxit kim loại Hiện tượng ngưng tụ diễn ra liên tục làm cho liên kết kim loại - ôxy - kim loại không ngừng tăng lên cho đến khi tạo ra một mạng lưới kim loại - ôxy - kim loại trong khắp dung dịch Phản ứng ngưng tụ được thực hiện theo mô hình hình 1.4 và phương trình phản ứng sau:

Hình 1.4 Quá trình ngưng tụ

MOR + MOH ↔ M - O - M + ROH MOH + MOH ↔ M - O - M + H2O Trong điều kiện thích hợp, sự ngưng tụ xảy ra liên tục và phá huỷ polyme, tái tạo thành những hạt keo lớn, từ đó tạo thành các polime lớn hơn Các thông

số ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình ngưng tụ là độ pH, bản chất và nồng độ của chất xúc tác, nhiệt độ, dung môi, tỉ số H2O/M

1.3 HOẠT TÍNH CỦA VẬT LIỆU Ag/ZnO

1.3.1 Hoạt tính quang xúc tác một số hợp chất màu hữu cơ

1.3.1.1 Khái niệm

Trong hóa học, khái niệm phản ứng xúc tác quang dùng để nói đến những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra Khi có sự kích thích của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp electron - lỗ trống quang sinh và có sự trao đổi electron giữa các chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn Xúc tác quang là một trong những quá trình oxi hóa - khử nhờ tác nhân ánh sáng Trong khoảng hơn hai mươi năm trở lại đây, vật liệu xúc tác quang ngày càng được ứng dụng rộng rãi [13]

1.3.1.2 Vùng hóa trị - vùng dẫn, năng lượng vùng cấm

Theo lý thuyết vùng, cấu trúc của vật chất gồm có một vùng gồm những obitan phân tử được xếp đủ electron, gọi là vùng hóa trị (Valence band - VB) và một vùng gồm những obitan phân tử còn trống electron, gọi là vùng dẫn (Conduction band - CB) Hai vùng này được chia cách nhau bởi một khoảng cách năng lượng gọi là vùng cấm, năng lượng vùng cấm Eg (Energy gap band) chính là độ chênh lệch năng lượng giữa hai vùng hóa trị và vùng dẫn [10,12]

Hình 1.5 Vùng năng lượng của chất dẫn điện, bán dẫn, chất dẫn điện

Sự khác nhau giữa vật liệu dẫn, không dẫn và bán dẫn chính là sự khác nhau về giá trị năng lượng vùng cấm Eg Vật liệu bán dẫn là vật liệu có tính chất trung gian giữa vật liệu dẫn và vật liệu không dẫn.Khi được kích thích đủ lớn bởi năng lượng (lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg), các electron trong vùng hóa trị (VB) của vật liệu bán dẫn có thể vượt qua vùng cấm nhảy lên vùng dẫn (CB), trở thành chất dẫn có điều kiện Những chất bán dẫn đều có thể làm chất xúc tác quang [13]

1.3.1.3 Cặp electron - lỗ trống quang sinh

Khi được kích thích bởi các photon có năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg, các electron vùng hóa trị của chất bán dẫn sẽ nhảy lên vùng dẫn Kết quả là trên vùng dẫn sẽ có các electron mang điện tích âm, được gọi là electron quang sinh (photogenerated electron eCB - ) và trên vùng hóa trị sẽ có các lỗ trống mang điện tích dương, được gọi là lỗ trống quang sinh (photogenerated hole hVB+) [17,22]

Hình 1.6 Electron và lỗ trống quang sinh khi chất bán dẫn bị kích thích

Chính các electron - lỗ trống quang sinh là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hóa học xảy ra bao gồm quá trình oxi hóa đối với hVB+ và quá trình khử đối với eCB - theo cơ chế sau:

Hình 1.7 Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn

- Quá trình vật liệu bán dẫn hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời tạo thành cặp electron - lỗ trống quang sinh

- Các electron - lỗ trống quang sinh chuyển đến bề mặt và tương tác với một số chất bị hấp thụ như nước và oxy, tạo ra những gốc tự do trên bề mặt chất bán dẫn theo cơ chế [13]:

Như vậy, sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm là khí CO2, H2O và các chất vô cơ khác Sự tái kết hợp electron - lỗ trống quang sinh: lỗ trống mang điện tích dương tự do chuyển động trong vùng hóa trị, do

đó các electron khác có thể nhảy vào đó để bão hòa điện tích, đồng thời tạo ra một lỗ trống mới ngay tại vị trí mà electron đó vừa đi khỏi Các electron quang sinh trên vùng dẫn cũng có xu hướng quay trở lại, tái kết hợp với các

lỗ trống quang sinh trên vùng hóa trị, kèm theo việc giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng Quá trình này làm giảm đáng kể hiệu quả xúc tác quang của vật liệu

Nhiều công bố cho rằng ZnO có hiệu ứng quang xúc tác cao hơn TiO2

trong một số điều kiện [8,10,30] Chất xúc tác trên cơ sở ZnO được nhiều nhà khoa học quan tâm vì các tính chất đặc biệt của nó như ổn định hoá học cao, không độc, rẻ tiền và có nhiều trong tự nhiên Tuy nhiên, ZnO vẫn có những nhược điểm như có tốc độ tái kết hợp nhanh các điện tử và lỗ trống quang sinh, hiệu suất lượng tử thấp trong phản ứng quang hoá trong dung dịch, do đó hoạt tính xúc tác quang hoá của ZnO cần phải được cải thiện rất nhiều mới có thể đáp ứng yêu cầu xử lý môi trường Để cải thiện hoạt tính xúc tác, nhiều loại kim loại hay ôxit kim loại đã được pha tạp vào ZnO để ức chế sự tái kết hợp của điện tử

và lỗ trống sinh ra do quang hóa [22]

Trong luận văn này, chúng tôi sẽ nghiên cứu động học phân huỷ phenol

đỏ dùng chất xúc tác quang hoá Ag/ZnO có sự hỗ trợ của sóng siêu âm

1.3.1.4 Giới thiệu chất hữu cơ màu Phenol đỏ

Công thức phân tử: C19H14O5S

Công thức cấu tạo:

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của phenol đỏ

Phenol đỏ là hợp chất hữu cơ dị vòng có công thức phân tử là C19H14O5S, khối lượng phân tử là 354,38 g/mol Khối lượng mol: 354,38 g/mol Điểm nóng chảy > 300°C Độ tan của phenol đỏ là 0,77 g/L trong nước (ở nhiệt độ 100°C)

và 2,90 g/L trong etanol Điều kiện lưu trữ: từ 5°C tới 30°C

Hình 1.9 Cân bằng phản ứng của phenol vàng và phenol đỏ

Phenol đỏ tồn tại như một tinh thể màu đỏ, ổn định trong không khí Nó

là một axit yếu với pKa = 8,00 ở 20°C Phenol đỏ (còn được gọi là phenolsulfonphthalein) được sử dụng như một chỉ số pH, màu sắc của nó thể hiện một sự chuyển đổi dần dần từ màu vàng sang màu đỏ trên dải pH = 6,8÷8,2 Ở pH > 8,2, phenol đỏ có màu hồng tươi (fuchsia)

Mật độ điện tích âm của O nhóm - OH vì có hệ liên hợp trong phân tử nên giảm hơn so với O nhóm - OH của rượu thông thường, dẫn đến phenol khó tấn công vào phân tử axit tạo este hơn

Ở điều kiện thường phenol đỏ tồn tại dưới dạng tinh thể màu đỏ Ít tan trong nước (0,77 g/l) nhưng tan nhiều hơn trong etanol (2,9 g/l) Phenol đỏ là một axit yếu (pKa = 8,00 ở 200C) có hai khoảng chuyển màu, một khoảng trong dung dịch axit (pH < 6,8), một khoảng trong dung dịch kiềm (pH ≥ 8)

Phenol đỏ là chất hữu cơ độc hại được sinh ra trong quá trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp, cơ sở dược phẩm, thuốc diệt cỏ, diệt nấm mốc hay quá trình sản xuất một số loại chất dẻo Những biểu hiện của triệu chứng nhiễm độc

là chóng mặt, nôn mửa, rối loạn tim mạch, hôn mê, nước tiểu trở nên xanh nhạt hoặc xám tro Con người, khi tiếp xúc với phenol đỏ trong không khí có thể bị

kích ứng đường hô hấp, đau đầu, cay mắt Nếu tiếp xúc trực tiếp với phenol đỏ

có nồng độ cao có thể gây bỏng da, tim đập loạn nhịp và dẫn đến tử vong [23,24]

1.3.2 Hoạt tính kháng khuẩn

Bạc được biết đến là một nguyên tố có tính năng kháng khuẩn, có khả năng hạn chế và tiêu diệt sự phát triển của nấm mốc, vi khuẩn và thậm chí cả vi rút Bạc có khả năng phá huỷ enzyme vận chuyển chất dinh dưỡng của tế bào vi khuẩn, làm yếu màng, thành tế bào và tế bào chất, làm rối loạn quá trình trao đổi chất, dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn Khả năng sát khuẩn của bạc nano cao hơn 20 ÷

50 ngàn lần so với bạc ion và có khả năng tiêu diệt đến 650 loài vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, vi nấm kể cả virus [1,2,4]

Trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu ảnh hưởng của Ag đến hoạt tính diệt khuẩn và khả năng xúc tác quang học của ZnO Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng tỏ kim loại Ag đóng vai trò quan trọng giúp tăng cường hiệu quả diệt khuẩn của vật liệu ZnO Sự ức chế phát triển của vi khuẩn ở nồng độ bạc thấp và sự phân bố tốt của của bạc trên ZnO chứng tỏ ZnO là chất nền thích hợp đối với tác nhân chống khuẩn Ag/ZnO [2,4,17,22]

Dưới đây là các vi sinh vật dùng trong thí nghiệm

1.3.2.1 Pseudomonas aeruginosa

Hình 1.10 Vi khuẩn trực khuẩn mủ xanh

Pseudomonas aeruginosa (hay còn gọi là Trực khuẩn mủ xanh) là vi khuẩn Gram âm, hiếu khí, hình que với khả năng di chuyển bằng tiên mao một chùm ở cực Tế bào có kích thước 1,5 x 3µm đôi khi còn tồn tại ở dạng hình cầu

và hình sợi, không có bào tử và không có vỏ nhầy Trực khuẩn mủ xanh có sức

đề kháng cao với điều kiện khô và ánh sáng mặt trời, kháng nhiều loại kháng sinh và sulfamid, một số chủng nhạy với streptomycin

Trực khuẩn mủ xanh thường nhiễm và xâm nhập vào cơ thể qua các vết thương hở, đặc biệt ở chỗ bị bỏng tạo mủ xanh, sau đó vi khuẩn đi vào các cơ quan bên trong cơ thể gây nên viêm phế quản, viêm màng não, viêm đường tiết niệu, viêm tai giữa, nhiễm khuẩn huyết… [1]

1.3.2.2 Tụ cầu vàng

Hình 1.11 Tụ cầu vàng

Staphylococcus aureus (hay Tụ cầu vàng), là một loài tụ cầu khuẩn Gram

- dương kỵ khí tùy nghi Tế bào hình cầu trung bình 0,5 - 1,5 µm, có khi tế bào đứng riêng rẽ, có khi đứng tập trung, không có khả năng chuyển động, không tạo bào tử và không có vỏ nhày [1] Chúng phát triển bình thường trong điều kiện hiếu khí, nhiệt độ nuôi cấy từ 35 - 40°C, thường có sắc tố màu vàng, phát triển tốt trên môi trường 10 - 15% muối Tụ cầu gây viêm nhiễm nặng, đặc biệt trên da, qua da vào cơ và màng xương Ngoài ra nó còn gây viêm nhiễm ở đường hô hấp, đường tiêu hóa và sinh dục Tụ cầu vàng có khả năng đề kháng

với nhiệt độ và hóa chất cao hơn các vi khuẩn không có nha bào khác Nó bị diệt

ở 80°C trong 1 giờ (các vi khuẩn khác thường bị ức chế, diệt ở nhiệt độ 60°C trong thời gian 30 phút) Tụ cầu vàng cũng có thể gây bệnh sau một thời gian dài tồn tại ở trong môi trường

1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ

1.4.1 Phương pháp phân tích nhiệt TGA - DTA

Phân tích nhiệt [3,6,9] 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 những hàm của nhiệt độ Trên cơ sở lý thuyết về nhiệt động học, từ sự thay đổi các tính chất đó

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, năng lượng chuyển pha, sự thay đổi khối lượng, sự biến đổi về kích thước, ứng suất, tính chất đàn hồi

Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA): là phương pháp phân tích trong đó sự thay đổi khối lượng của mẫu dưới sự thay đổi của nhiệt độ theo một chương trình được ghi lại như là một hàm số của nhiệt độ hoặc thời gian Khi vật liệu bị nung nóng khối lượng của chúng sẽ bị mất đi từ các quá trình đơn giản như bay hơi hoặc từ các phản ứng hoá học giải phóng khí Một số vật liệu có thể nhận được khối lượng do chúng phản ứng với không khí trong môi trường kiểm tra Phép đo TGA nhằm xác định khối lượng bị mất trong quá trình chuyển pha hoặc khối lượng chất mất đi theo thời gian và theo nhiệt độ do quá trình khử nước hoặc phân ly Đường phổ TGA đặc trưng cho một hợp chất hoặc một hệ do thứ

tự các phản ứng hoá học xuất hiện tại một khoảng nhiệt độ xác định là một hàm của cấu trúc phân tử Sự thay đổi khối lượng là kết quả của quá trình đứt gãy hoặc sự hình thành vô số các liên kết vật lý và hoá học tại một nhiệt độ dẫn đến

sự bay hơi của các sản phẩm hoặc tạo thành sản phẩm nặng hơn Nhiệt độ sử dụng thường đến 1200 oC trong môi trường khí trơ

Hình 1.12 Sơ đồ để mẫu và cặp nhiệt điện cho TGA - DTA

Phân tích nhiệt vi sai (DTA): là kĩ thuật đo trong đó phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn (mẫu so sánh) để xác định các biến đổi nhiệt bên trong mẫu khi mẫu được gia nhiệt hoặc được làm lạnh Mẫu khi đo luôn xảy ra một trong hai quá trình giải phóng hoặc hấp thụ nhiệt khi tăng nhiệt

độ của hệ, ứng với mỗi quá trình này sẽ có một trạng thái chuyển pha tương ứng Dấu của năng lượng chuyển pha sẽ đặc trưng cho quá trình hấp thụ hay giải phóng nhiệt Đồng thời ta cũng xác định được nhiệt độ chuyển pha đó Khoảng thay đổi nhiệt độ vi phân đối với nhiệt độ điều khiển mà tại đó toàn bộ hệ thay đổi sẽ cho phép phân tích nhiệt độ chuyển pha và xác định đây là quá trình toả nhiệt hay thu nhiệt

1.4.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X

Tia X là một dạng bức xạ điện từ có bước sóng từ 0,01 đến 10 nm, tương ứng với tần số từ 30 petahertz đến 30 exahertz (3x1010 Hz - 3x1019Hz) và năng lượng trong khoảng từ 100 eV đến 100 keV Khi tia X tương tác với vật liệu tinh thể - trạng thái các phân tử được sắp xếp có trật tự theo một quy luật nào đó - thì

sẽ tạo ra một kiểu nhiễu xạ (diffraction pattern) Mối liên quan giữa cấu trúc tinh

thể (khoảng cách giữa các mặt tinh thể, dhkl và vị trí của tia nhiễu xạ (góc theta

) được biểu diễn bằng phương trình Bragg (phương trình 1.1) Hình 1.13 minh

hoạ phương trình Bragg Đồ thị mối tương quan giữa cường độ của tia nhiễu xạ

và vi trí nhiễu xạ gọi là giản đồ tia X [3,6,9]

Hình 1.13 Minh hoạ sự nhiễu xạ của tia X

thuyết đối xứng của cấu trúc tinh thể người ta đã tìm ta các biểu thức liên hệ giữa các tham số tế bào mạng và chỉ số Miller Đối với tế bào tinh thể thuộc hệ lục phương (hexagonal) biểu thức này được trình bày ở phương trình (1.3)

.3

bởi bộ các píc ứng với các góc 2 đặc trưng (Thư viện phổ) Và mỗi phổ thực nghiệm được so sánh với thư viện phổ để xác định chính xác dạng tinh thể, thành phần hóa học của mẫu

Độ rộng nửa chiều cao peak thực nghiệm tn (Full Width at Half Maximum) (FWHM) được minh hoạ trên hình 1.14

Hình 1.14 Minh hoạ độ rộng nửa chiều cao peak, FWHM

FWHM được hiệu chỉnh bằng hằng số máy theo phương trình Gauss (1.4) hay phương trình Cauchy (1.5):

1.4.3 Hiển vi điện tử quét

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một loại kính hiển vi điện tử, nó tạo ra hình ảnh của mẫu bằng cách quét qua mẫu một dòng điện tử Các điện tử tương tác với các nguyên tử trong mẫu, tạo ra những tín hiệu khác nhau chứa đựng những thông tin về hình thái cũng như thành phần của mẫu SEM có thể đạt đến

độ phân giải 1 nm

Các loại tín hiệu sinh ra do dòng điện tử quét là điện tử thứ cấp (secondary electrons (SE), điện tử tán xạ ngược (back - scattered electrons (BSE), tia X đặc trưng (characteristic X ray) v.v Do dòng điện tử hẹp, ảnh SEM có độ sâu của trường lớn tạo ra bề mặt ba chiều rõ ràng rất hữu ích cho việc nghiên cứu bề mặt vật liệu Điện tử tán xạ ngược (BSE) là dòng điện tử phản xạ từ mẫu bởi tán xạ đàn hồi BSE thường dùng để phân tích SEM cùng với phổ từ tia X đặc trưng bởi vì cường độ tín hiệu của tín hiệu BSE phụ thuộc vào phân tử khối (Z) của mẫu Ảnh BSE cung cấp thông tin về sự phân bố các nguyên tố khác nhau trong mẫu [3,6,9]

Trong luận án này, phương pháp SEM sử dụng để xác định hình thái củavật liệu và sử dụng máy chụp SEM Jeol JMS 6490

1.4.4 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X

Phổ tán xạ sắc năng lượng tia X (thường được gọi là EDS, EDX hay XEDS) (từ đây gọi là phổ EDX) là một kỹ thuật phân tích dùng để phân tích nguyên tố của mẫu rắn [3,6,9] Nguyên tắc dựa trên sự tương tác của nguồn tia

X kích thích vào mẫu cần phân tích Mỗi nguyên tố hoá học có một cấu trúc nguyên tử xác định tạo ra các phổ tia X đặc trưng riêng biệt cho nguyên tố đó

Để kích thích bức xạ đặc trưng tia X từ mẫu, một dòng năng lượng cao của các hạt tích điện như điện tử hay photon, hay chùm tia X được chiếu vào mẫu cần phân tích Các nguyên tử trong mẫu này ở các trạng thái cơ bản (chưa bị kích thích), các điện tử ở các mức năng lượng riêng biệt xoay quanh hạt nhân Khi dòng tia tới kích thích các điện tử ở lớp bên trong, đánh bật nó ra khỏi vỏ điện tử tạo thành lỗ trống điện tử, một điện tử từ lớp bên ngoài có năng lượng cao hơn

nhảy vào điền vào lỗ trống đó Sự khác nhau năng lượng giữa lớp vỏ năng lượng cao và lớp vỏ năng lượng thấp hơn tạo ra tia X Cường độ của tia X phát ra từ mẫu có thể được đo bằng phổ kế tán xạ năng lượng (energy - dispersive spectrometer) Từ chỗ năng lượng tia X là đặc trưng cho hiệu số năng lượng của hai lớp vỏ điện tử và đặc trưng cho cấu tạo của nguyên tố phát xạ ra tia X đó, nên cường độ của tia X này có thể dùng để đặc trưng định tính cũng như định

lượng các nguyên tố có trong mẫu Tần số (f) của tia X được xác định qua định

luật Mosley như sau:

4

2

3 4 0

3( )( 1)

Hình 1.15 Nguyên tắc phát xạ tia X dùng trong phổ

Có nhiều thiết bị phân tích EDX nhưng chủ yếu EDX được đo bằng trong các kính hiển vi điện tử quét hay truyền qua

Trong nghiên cứu này phổ EDX được bằng thiết bị hiển vi điện tử quét,

độ phân giải JED - 2300 JEOL