Phân Tích Không Hủy Mẫu
1. Dạng xác định kích thước hạt
- Trên màng hình có thước chuẩn có chiều dài a (cm) tương ứng x (nm). Dùng thước thẳng xác định a
- Dùng thước thẳng đo lại chiều dài của vật được b (cm)
- Sử dụng tam xuất để tính chiều dài của vật = b*x/a (nm)
2. Dạng ưu nhược của O-M, TEM, SEM, SPM
O-M: Kính hiển vi quang học
- Ưu điểm: môi trường làm việc tự do không ảnh hưởng đến mẫu phân tích, giá thành không
cao, có thể nhìn mẫu bằng mắt thường (độc quyền)
- Nhược điểm: độ phân giải thấp, tốt nhất chỉ là 200 nm.
TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua
- Ưu điểm: độ phân giải rất lớn 0.2 nm trên lý thuyết có thể nhìn thấy cả nguyên tử nhưng
thực tế thì không do giới hạn của thiết bị. Cung cấp thông tin hình dạng và cấu trúc của mẫu. Cụ thể:
. Nơi nào trên ảnh sáng hơn thì khối lượng riêng nhỏ hơn (mang tính tương đối) . Hình dạng, kích thước
. Cho thông tin về ảnh nhiễu xạ và kích thước tinh thể (độc quyền của TEM)
. Ảnh chụp với nhiều độ phóng đại, cho phép đánh giá trực quan đến chi tiết
. Có thể phân tích thành phần hóa học
- Nhược điểm: Mẫu phải được nghiền và ép rất mỏng do đó không áp dụng được với mẫu
dày. Môi trường làm việc là chân không do đó có thể ảnh hưởng đến mẫu phân tích.
SEM: Kính hiển vi điện tử quét
- Ưu điểm: mẫu không cần mỏng tuy nhiên phải dẫn điện. Độ phóng đại rất cao, độ sâu
trường rõ rất nét. Chuẩn bị mẫu đơn giản hơn TEM và có thể phân tích thành phần hóa học như TEM
- Nhược điểm: độ phân giải không bằng TEM (SEM có R= 1 nm). Cũng hoạt đọng trong môi
trường chân không như TEM, chỉ cho thông tin quét được trên bề mặt mà không cho thông tin về tinh thể
SPM: kính hiển vi quét đầu dò
- Ưu điểm: cho ảnh 3 chiều (độc quyền), làm việc môi trường tự do, độ phân giải cao, thu
thập nhiều thông tin như:
. Vị trí, hình dạng, cấu trúc không gian
. Tính chất điện (dùng đầu dò STM)
. Tính chất từ (dùng đầu dò MFM)
- Nhược điểm: Cấu tạo phải kết hợp thiết bị chống run vì dễ ảnh hưởng bởi run động. Chỉ cho
thông tin quét được trên bề mặt mà không cho thông tin về tinh thể
3. Dạng thu thông tin từ ảnh nhiễu xạ của TEM
- Chỉ TEM mới cho thông tin về tinh thể thông qua ảnh nhiễu xạ
- Tinh thể là sự sắp xếp đặc biệt của các nguyên tử hay phân tử. Một tinh thể có thể là một hạt
nhưng một hạt thì có thể là một hoặc nhiều tinh thể. Các tinh thể có trên hạt tương tác với
chùm tia electron của TEM cho ảnh nhiễu xạ, từ ảnh này cho biết hạt là đơn tinh thể hay
đa tinh thể và kích thước của tinh thể.
- Nhận biết từ ảnh nếu:
1. Không có vân nhiễu xạ: mẫu vô định hình
2. Vân nhiễu xạ hệ chấm sáng rõ ràng: có đơn tin thể hoặc tinh thể lớn
3. Vân nhiễu xạ tròn liền lạc, sáng rõ: tinh thể càng nhỏ
- Chấm sáng càng nhiều, tinh thể càng lớn. 4.
Dạng nhận biết ảnh của màng mỏng gồ ghề hay bằng phẳng
Dựa vào tỉ lệ của một ô đơn vị của trục X và Z để kết luận
Với chiều rộng của 1 ô trên X khoảng 3 điểm nhọn là 200 nm nhưng chiều cao Z chỉ 4nm nếu
ta vẽ lại cùng tỉ lệ thì chúng hoàn toàn nằm trên 1 mặt phẳng vì chiều cao chỉ bằng 2% chiều rộng.
Phương pháp Nhiễu xạ tia X X-Ray Diffraction (XRD)
Khả năng: đánh giá cấu trúc bên trong của tinh thể. Bởi vì tính chất vật liệu phụ thuộc trực tiếp
vào cấu trúc tinh thể của chúng. Ưu điểm của XRD
- Xác định cấu trúc tinh thể (pha) hơn là thành phần hoá học như vài phương pháp khác.
- Cấu trúc vật liệu là nền tảng cho tính chất và ứng dụng của nó.
- Thay đổi cấu trúc tinh thể => thay đổi tính chất và ứng dụng của vật liệu.
- Ở cấu trúc mạng tinh thể (cỡ nm) thì bước sóng cần sửdụng cũng phải vào cỡ này => X ray.
Điều kiện để có vân cực đại là: 2d sinθ = n λ Trong đó:
n là bậc nhiễu xạ, không đề cập mặc định bằng 1
λ là bước sóng tia X. Mặc định bằng 1.54 A °
2d sinθ gọi là độ lệch quang lộ
d là khoảng cách 2 hàng tinh thể
- Dạng lập phương – Cubic d = a hkl
√h2+k2+l2
- Dạng lăng trụ tứ diện đáy vuông – Tetragonal l2
d =[ h2+k2+ ]−12 hkl a2 c2
- Dạng tinh thể trực thoi – Orthorhombic k 2 l2
d =[ h2+ + ]−12 hkl a2 b2 c2
h, k, l là chỉ số miller được xác định dựa vào phổ XRD Ví dụ:
Phổ XRD khi tính toán chỉ cần sử dụng 1 peak. Tại 2θ bằng 32 có (111). Xác định được θ và h = k = l = 1 a là hằng số mạng
Độ dài liên kết (bonding length) thường bằng một nữa hằng số mạng nếu là dạng cubic
Các yếu tố quan trọng:
1. Nhận diện sự chuyển pha bằng cách khảo sát XRD ở các mốc nhiệt độ:
Xét ở hai mốc nhiệt độ nếu:
- Cả hai đều hoàn không có đỉnh phổ nào: vô định hình
- Số đỉnh phổ không thay đổi: không có sự chuyển pha
- Mất đi hoặc tăng lên lên đỉnh phổ:
có xuất hiện ít nhất 1 pha mới - Đỉnh phổ càng ngọn tinh thể càng lớn
2. Xác định độ dãn nở
Có sự giãn nở tức là d tăng, do đó gốc θ giảm. Do đó nếu có sự dãn nở thì đỉnh phổ sẽ dịch
chuyển về phía 2θ nhỏ hơn.
Sự chênh lệch đó xác định được độ dãn nở
3. Chứng minh sự pha tạp thành công
Scan ở nhiệt độ phòng vơi các tỉ lệ chất pha tạp khác nhau.
Chất pha tạp có hàm lượng rất thấp so với chất chứa và được pha vào trong cấu trúc chất đó. Tùy
vào tương tác giữa chất pha và nguyên chất. Đỉnh phổ sẽ lệch về 1 phía.
4. Đánh giá khả năng sử dụng của nguyên liệu
Khảo sát phần trăm lớn nhất của mẫu đó. Nếu là chất trơ, không ứng dụng. Nếu chất có thêr
phản ứng, có thể sử dụng.
5. Xác định kích cở tinh thể trung bình D= K × λ B ×cos(θ ) B Trong đó:
D là kích thước tinh thể trung bình K là hằng số bằng 0.89
λ là bước sóng tia X
Blà độ rộng tại 1 nữa chiều cao của đỉnh phổ
θ là gốc nhiễu xạ tại đỉnh phổ đó B Phân tích nhiệt
Kết hợp cân mẫu và đo nhiệt độ liên tục để xác định phổ trong quá trình nung. Trạng thái Nhiệt vi sai Nhiệt trọng lượng Bay hơi Thu nhiệt Giảm khối lượng Nóng chảy Thu nhiệt Không đổi Kết tinh Tỏa nhiệt Không đổi Oxi hóa Tỏa nhiệt Tăng khối lượng m −m m t s %= × 100 % mt