Phương pháp tán xạ tia X

Một chùm tia X đập vào một tinh thể đơn lẻ, sẽ xảy ra hiện tượng tán xạ và chùm tán xạ sẽ xuất hiện cùng với chùm tia ban đầu tia tới.Các nguyên tử và phân tử tạo ra tinh thể được sắp xế

Phương pháp tán

xạ Rơnghen (XRD)

Thực hiện: Nguyễn Anh Sơn

Nguyễn Đức Phong

Wilhelm Conrad Röntgen

Wilhelm Conrad Röntgen tìm ra tia X vào năm 1895 Năm 1901 ông được trao giải Nobel Vật lý Năm 1995 công ti German Federal Mail phát hành con tem tưởng nhớ đến công lao của W C Röntgen.

Tia X được tạo ra bằng cách bắn phá

một chùm electron vào một bia kim loại

<1% năng lượng tia electron chuyển

thành tia X.

Tinh thể kim loạI Be trong suốt đối với

tia X (do có ít electron trên mỗi nguyên

tử) nên được làm cửa sổ của ống

Sợi đốt Wonfram

Dòng đốt nóng sợi đốt

Ống chân không Pha rọi Tia X Cửa sổ bằng Be Nối đất

Điện cao thế

Một chùm tia X đập vào một tinh thể đơn lẻ, sẽ xảy ra hiện tượng tán xạ và chùm tán xạ sẽ xuất hiện cùng với chùm tia ban đầu (tia tới).

Các nguyên tử và phân tử tạo ra tinh thể được sắp xếp theo một trật tự nghiêm ngặt và tạo ra cấu trúc 3 chiều gọi là lattice Đơn vị nhỏ nhất của lattice gọi là đơn vị cấu trúc tinh thể

Đơn vị cấu trúc có kích thước cùng bậc với bước sóng tia X, do đó có thể quan sát được sự tán xạ tia X trong tinh thể, từ đó nghiên cứu cấu trúc tinh thể

Hướng của các tia tán xạ có thể tính theo phương trình Bragg:

2d.sin θ = nλ

Trong đó: d – khoảng cách giữa hai mặt phẳng

θ – góc tới của tia X (còn gọi là góc Bragg)

λ – bước sóng tia X

n – số nguyên.

Do góc giữa tia tới với mặt phẳng (θ) cũng bằng với góc phản xạ nên góc giữa hai tia này bằng 2 θ

7 ô mạng cơ sở

Mỗi loại vật liệu tinh thể có:

+ Các hằng số mạng tinh thể (a,b,c ) đặc trưng + Chỉ số miller (l,h,k) đặc trưng

Trùm tia nhiễu xạ là đặc trưng cho từng loại vật liệu tinh thể khác nhau

 Đo độ tinh khiết của mẫu

 Với các kỹ thuật chuyên biệt, XRD có thể được sử dụng để:xác định cấu trúc tinh thể bằng cách sử dụng tinh chế Rietveld

 Xác định lượng khoáng chất theo phương thức (phân tích định lượng)

 Đặc trưng cho các mẫu màng mỏng bằng cách:

 Xác định sự không phù hợp mạng tinh thể giữa màng và chất nền và để suy ra

ứng suất và biến dạng

 Xác định mật độ lệch vị trí và chất lượng của màng bằng các phép đo đường cong rung chuyển

 Đo siêu kết tụ trong cấu trúc biểu mô nhiều lớp

 Xác định độ dày, độ nhám và mật độ của phim bằng cách sử dụng phép đo hệ số phản xạ tia X.

 Thực hiện các phép đo kết cấu, chẳng hạn như hướng của các hạt, trong một mẫu đa tinh thể

 Vật liệu đồng nhất và một pha là tốt nhất để xác định một chất chưa biết

 Phải có quyền truy cập mẫu cơ sở để so sánh (khoảng cách d, hkl s)

 Yêu cầu phần mười gam nguyên liệu phải được nghiền thành bột

 Đối với vật liệu hỗn hợp, giới hạn phát hiện là ~ 2% khối lượng mẫu

 Đối với các phép xác định ô đơn vị, việc lập chỉ mục các mẫu cho các hệ tinh thể không đẳng áp là phức tạp

 Được sử dụng để đánh giá các đơn vị cấu

trúc của tinh thể (nhận diện cấu trúc, đo

các kích thước cấu trúc)

Tán xạ tia X góc lớn (WAXS)

Ứng dụng trong polyme

Đánh giá mức độ biến dạng pha

tinh thể trong mẫu polyme chịu

lực

Tán xạ tia X góc lớn (WAXS)

Các kiểu camera và tán xạ kế cho thiết bị quét tia X góc lớn

Tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS)

 Tán xạ tia với góc quét θ nhỏ (khoảng vài độ)

Có thể đánh giá những đơn vị cấu trúc với kích thước 10 – 1000 lần lớn hơn những đơn vị xác định bởi WAXS.

Huỳnh quang tia X (XRF)

1 Kích thích bằng tia X bước sóng ngắn hoặc tia

gamma có năng lượng đủ cao để tạo các electron lõi bật ra khỏi liên kết chặt chẽ.

2  Chỗ trống bên trong được tạo ra được lấp đầy

bởi một điện tử liên kết bên ngoài và phần năng lượng dư thừa được giải phóng (phát xạ photon).

3 Năng lượng của photon được tạo ra (huỳnh

quang) đặc trưng cho hạt nhân.

=> Xác định thành phần nguyên tố của vật liệu

Chụp phổ XRD So sánh, Phân tích, Tính toán

Liên Hệ phương pháp XRD

+ Phase vật liệu + Nguyên tố có trong vật liệu

+ Kích thước tinh thể trung bình

+ Thành phần phase vật liệu

JCPDS: Joint

Committee on Powder Diffraction Standards

VD1: Xác định pha và thành phần hóa vật liệu, biết phổ XRD

Peak

22.01 10128.48 11136.30 200

Quartz

Cristobalite

SiO2

VD2: Tính toán kích thước tinh thể trung bình của các tinh thể

wurtzite ZnO

VD3: Tính toán thành phần pha rutil và anatase,

Tài liệu tham khảo

[1] Phạm Anh Tuấn, Bùi Chương, Nguyễn Huy Tùng (2020), Giáo Trình Hóa Lý Polyme, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội

[2] Lê Diên Thân (2012) Nghiên cứu các quá trình điều chế, khảo sát cấu trúc và tính chất của bột TiO2kích thước nano được biến tính bằng một số kim loại chuyển tiếp Luận án Tiến sĩ Hóa học, chuyên ngành Hóa vô cơ 62442501, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội

[3] Nguyễn Thị Tuyết Mai (2015) Nhiên cứu tổng hợp vật liệu titan dioxit có hoạt tính xúc tác quang trong vùng khả kiến và khả năng ứng dụng trong gốm sứ, thủy tinh