TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÍ TÌM HIỂU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY NHIỄU XẠ TIA X D8-ADVANCE Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: SƯ PHẠM VẬT LÍ- CÔNG NGHỆ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ts Nguyễn Trí Tuấn Nguyễn Thị Diễm Thi Mã số SV: 1110276 Lớp: TL1192A1 Cần Thơ, 2015 2015 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Trí Tuấn hướng dẫn, truyền đạt kiến thức quý giá, theo dõi giúp đỡ em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô thuộc môn Vật Lý - Khoa Sư phạm Trường Đại học Cần Thơ, Thầy, Cô truyền đạt kiến thức và tận tình hướng dẫn suốt thời gian em học tập trường giúp em tự tin trình học tập Em xin chân thành cảm ơn bạn bè tận tình bảo, động viên, giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình người thân quan tâm, động viên chỗ dựa tinh thần vật chất cho em suốt trình học tập trường Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 27 tháng năm 2015 Tác giả Nguyễn Thị Diễm Thi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết phân tích luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu trước Mọi tham khảo, trích dẫn rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo luận văn Cần Thơ, ngày 27 tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Trí Tuấn Tác giả Nguyễn Thị Diễm Thi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt  Energy Efecctive mass of electron Wavelength Năng lượng Khối lượng hiệu dụng điện tử Bước sóng f Frequency Tần số c Constant Vận tốc ánh sáng SWL Short wavelength Sóng ngắn XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X E me DANH MỤC CÁC BẢNG Stt Tên bảng Trang Bảng 1.1 Phân loại mạng không gian theo hệ tinh thể Bảng 1.2 Công thức tính khoảng dhkl mặt lân cận phẳng tinh thể hệ tinh thể Bảng 1.3 : Một số bước sóng dùng thông dụng 9 Bảng 1.4 Dạng tổng bình phương số số Miller cho hệ lập phương Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy D8-Advance Bảng 2.2 Kích thước trung bình tinh thể ZnO tổng hợp phương pháp đồng kết tủa tỉ lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 1/1 Bảng 2.3 Kích thước trung bình tinh thể ZnO tổng hợp phương pháp đồng kết tủa tỉ lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 1/2 Bảng 2.4 Kích thước trung bình nano tinh thể ZnS thủy nhiệt 200 oC h, h h có chất hoạt động bề mặt acrylamide Bảng 2.5 Kích thước trung bình hạt nano tinh thể ZnS tổng hợp phương pháp hỗ trợ vi sóng 18 26 29 48 49 51 51 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Stt 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Tên hình vẽ đồ thị Trang Hình 1.1 (a) Mạng không gian vật rắn tinh thể lý tưởng, (b) Ô đơn vị số mạng Hình 1.2 Mười bốn ô đơn vị mạng Bravais nhóm theo hệ tinh thể Hình 1.3 Các yếu tố đối xứng mạng tinh thể Hình 1.4 Chỉ sô Miller số mặt tinh thể lập phương quan trọng: (a)(100), (b)(110), (c)(111) Hình 1.5 (a) Mặt tinh thể lập phương có giao điểm phân số ( b) mặt qua gôc tọa độ mặt có màu xám Hình 1.6 Hình ô lập phương nhìn từ xuống cho thấy khoảng cách mặt phẳng (110), d110 Hình 1.7 Khuyết tật điểm nút khuyết (b)khuyết tật nút nguyên tử xen kẽ (c) nút khuyết đôi cation-anion( khuyết tật Schottky ) nút khuyết cation (khuyết tật Frenkel) mạng hai chiều tinh thể ion Hình 1.8 (a) Hình phối cảnh rõ vị trí xung quanh lệch biên, (b) hướng vector trược Hình 1.9 Thang sóng điện từ Hình 1.10 Hình vẽ mặt cắt cấu tạo ống phát tia x Hình 1.11 Minh họa trình ion hóa lớp phát xạ tia x đặc trưng Hình 1.12 Sơ đồ phổ tia X Molipden với tăng tốc khác Hình 1.13 Sự di chuyển electron nguyên tử tạo thành tia x đặc trưng Kα Kβ Hình 1.14 Phổ tia X molipđen 35 kV Hình 1.15 Nhiễu xạ tia X mặt phẳng nguyên tử Hình 1.16 Sơ đồ nhiễu xạ tia x phương pháp nhiễu xạ chụp ảnh Laue Hình 1.17 Phim đặt trước tinh thể (a ) phim đặt sau tinh thể (b) để chụp tia x Hình 1.18 Phổ NaCl với catot Cu, góc quét 2θ từ đến 90o Hình 1.19 Nhiễu xạ kế Hình 1.20 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnS Hình 2.1 Máy nhiễu xạ tia x D8-Advance Hình 2.2 Dữ liệu nhiễu xạ (Trung tâm liệu nhiễu xạ quốc tế International Center for Diffraction Data-ICDD), PDF-2, quyền 2013) Hình 2.3 Nguồn tia X Hình 2.4 Hệ kính TWIN sử dụng khe giới Hình 2.5 Hệ thống làm mát Chiller Hình 2.6 Bệ để mẫu Hình 2.7 ( a) Bệ để mẫu chặt xích XYZ (b) bệ để mẫu chặt xích Eulerian Hình 2.8 Đầu thu Lynxeye 11 12 13 14 15 16 17 18 20 22 23 24 25 26 28 30 31 31 32 32 33 33 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 Hình 2.9 ( a) Đầu thu VANTEC chiều (b) đầu thu LYNXEYE chiều Hình 2.10 Đầu thu phân tán lượng Sol-Xe Hình 2.11 Giao diện phần mềm Diffract.Eva Hình 11 (a) Đèn led cửa trập (b) Khóa hiển thị hình Hình 2.12 ( a) Đèn chiếu sáng (b) Khóa nguồn Hình 2.13 Đế để mẫu Hình 2.14 Giao diện cài đặt thông số đo nhiễu xạ tia X Hình 2.15 Giao diện kết đo mẫu chuẩn Hình 2.16 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 1000C Hình 2.17 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 2000C Hình 2.18 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 3000C Hình 2.19 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 4000C Hình 2.20 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 5000C Hình 2.21 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 6000C Hình 2.22 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 7000C Hình 2.23 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnhđặc trưng mẫu ZnO 1:1 2000C Hình 2.24 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1:1 3000C Hình 2.25 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1:1 4000C 34 Hình 2.26 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1:1 5000C Hình 2.27 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1:1 6000C Hình 2.28 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1:1 7000C Hình 2.29 Giản đồ nhiễu xạ tia X phổ ZnO 1/2 thay đổi theo nhiệt độ Hình 2.30 Giản đồ nhiễu xạ tia X hạt nano tinh thể ZnS chế tạo phương pháp hóa học 45 35 36 37 37 37 38 39 40 40 41 41 42 42 43 43 44 45 46 47 48 50 Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: Tổng quan tia X tinh thể Tinh thể 1.1 Cấu tạo 1.1.1 Mạng không gian ô 1.1.2 Hệ tinh thể mạng Bravais 1.1.3 Sự đối xứng tinh thể 1.2 Chỉ số Miller mặt tinh thể 1.3 Mạng đảo 1.4 Sai lệch mạng tinh thể 10 1.4.1 Khuyết tật điểm 10 1.4.2 Khuyết tật đường- lệch 11 1.4.3 Khuyết tật mặt 12 Tổng quan tia X 12 2.1 Sự tìm tia X 12 2.2 Các tính chất tia X 13 2.3 Cách tạo tia X 14 Kỹ thuật nhiễu xạ tia X 18 3.1 Hiện tượng nhiễu xạ tia X 18 3.2 Định luật Braagg 19 3.3 Cường độ nhiễu xạ 21 3.3.1 Nhiễu xạ điện tử tự 21 3.3.2 Nhiễu xạ ô nguyên tử 21 3.3.3 Nhiễu xạ mạng 21 3.4 Các phương pháp phân tích tinh thể tia X 22 3.4.1 Phương pháp chụp ảnh Laue 22 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn i SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance 3.4.2 Phương pháp đơn tinh thể quay 23 3.4.3 Phương pháp nhiễu xạ bột 24 CHƯƠNG 2: MÁY NHIỄU XẠ TIA X D8-ADVANCE 28 Giới thiệu chung 28 Cấu tạo tính 31 2.1 Nguồn tia x 32 2.2 Bệ để mẫu 32 2.3 Đầu thu 33 2.4 Phần mềm 35 2.5 Một số phận khác 36 Nguyên lý hoạt động 38 Kết đo mẫu nano tinh thể ZnS ZnO 39 4.1 Tính chất cấu trúc vật liệu ZnO 39 4.2 Tính chất cấu trúc vật liệu ZnS 49 PHẦN KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 54 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn ii SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nhiễu xạ tia X tượng chùm tia X nhiễu xạ mặt tinh thể chất rắn tính tuần hoàn cấu trúc tinh thể tạo nên cực đại cực tiểu nhiễu xạ Kỹ thuật nhiễu xạ tia X dùng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu… Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật người ta chế tạo máy nhiễu xạ tia X với độ phân giải cao xây dựng thư viện đồ sộ phổ nhiễu xạ hợp chất hiểu cấu trúc vật liệu xâm nhập vào cấu trúc tinh vi mạng tinh thể đáp ứng yêu cầu lĩnh vực nghiên cứu, công nghiệp vật liệu, nghành vật lý, hóa học lĩnh vực khác Máy nhiễu xạ tia X D8- Advance thiết bị nhiễu xạ tia X tiên tiến hãng Bruker Đức sản xuất Nó kế thừa bổ sung tính ưu việt nhất, vượt qua lần kiểm tra tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt để trở thành thiết bị nhiễu xạ an toàn, thông minh,có tốc độ xử lý nhanh đáng tin cậy Là sinh viên ngành Sư phạm Vật lý Công nghệ việc trang bị kiến thức vật lý cần phải nghiên cứu thêm ứng dụng vật lý thực tế đặc biệt kỹ thuật để phục vụ cho công tác giảng dạy sau Chính lý trên, nên chọn đề tài “Nghiên cứu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8-Advance” luận văn tốt nghiệp MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Tìm hiểu cấu tạo, tính năng, nguyên tắc hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8Advance biết cách sử dụng máy để đo số mẫu GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Giới hiệu tổng quan cấu trúc tinh thể, tia X phương pháp nhiễu xạ tia X Trình bày cấu tạo, tính năng, nguyên tắc hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 – Advance Ứng dụng máy để đo số mẫu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phương pháp thực nghiệm CÁC BƯỚC THỰC HIỆN - Nhận đề tài Nghiên cứu lý thuyết Viết đề cương Tiến hành viết luận văn làm thực nghiệm Hoàn thành luận văn báo cáo GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance Hình 2.19: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1:1 300 0C Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 300 0C có đỉnh nhiễu xạ có cường độ cao so với đỉnh nhiễu xạ mẫu ZnO 1/1 200 0C Hình 2.20 : Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1:1 400 0C Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 400 0C có đỉnh nhiễu xạ có cường độ cao so với đỉnh nhiễu xạ mẫu ZnO 1/1 300 0C GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 41 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance Hình 2.21 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 500 0C Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 500 0C có đỉnh nhiễu xạ có cường độ cao so với đỉnh nhiễu xạ mẫu ZnO 1/1 400 0C Hình 2.22 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 600 0C Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 600 0C có đỉnh nhiễu xạ có cường độ cao so với đỉnh nhiễu xạ mẫu ZnO 1/1 500 0C GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 42 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance Hình 2.23 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 700 0C Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1 700 0C có đỉnh nhiễu xạ có cường độ cao so với đỉnh nhiễu xạ mẫu ZnO 1/1 600 0C Dựa vào giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO 1/1, chọn đỉnh có cường độ nhiễu xạ cao (ứng với mặt 101) áp dụng công thức Debey-Scherrer để tính kích thước tinh thể Kết tính toán cho thấy kích thước tinh thể ZnO 1:1 mẫu dao động từ 15 nm đến 39 nm phụ thuộc vào nhiệt độ nung mẫu : nhiệt độ tăng, độ bán rộng đỉnh phổ giảm kích thước tinh thể tăng (bảng 2.2 )  Đối với mẫu tinh thể ZnO 1/1 2000C Hình 2.24 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1/1 200 0C GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 43 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance Với mẫu tinh thể ZnO 1/1 2000C cực đại nhiễu xạ góc 2θ = 36,20 , độ rộng vạch nhiễu xạ cực đại: B = (2θ1 − 2θ2 ) = (36,5 − 35,9 ) = 0,6 = 0,01 (radian) Kích thước tinh thể: d= 0,9λ 0,9 ∗ 0,15406 = = 14,59 nm Bcosθ 0,01 ∗ cos 36,2  Đối với mẫu tinh thể ZnO 1/1 300 0C Hình 2.25 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1/1 300 0C Với mẫu tinh thể ZnO 1:1 3000C cực đại nhiễu xạ góc 2θ = 35,90 , độ rộng vạch nhiễu xạ cực đại: B = (2θ1 − 2θ2 ) = (36,11 − 35,74 ) = 0,37 = 0,0065 (radian) Kích thước tinh thể: d = 0,9λ 0,9 ∗ 0,15406 = = 22,42 nm Bcosθ 0,0065 ∗ cos 35,9 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 44 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance  Đối với mẫu tinh thể ZnO 1/1 400 0C Hình 2.26 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1/1 400 0C Với mẫu tinh thể ZnO 1/1 4000C cực đại nhiễu xạ góc 2θ = 35,950 , độ rộng vạch nhiễu xạ cực đại: B = (2θ1 − 2θ2 ) = (36,08 − 35,84 ) = 0,24 = 0,0042 (radian) Kích thước tinh thể: 0,9λ 0,9 ∗ 0,15406 d= = = 34,71 nm Bcosθ 0,0045 ∗ cos 35,95  Đối với mẫu tinh thể ZnO 1/1 500 0C Hình 2.27 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1/1 500 0C GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 45 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance Với mẫu tinh thể ZnO 1/1 5000C cực đại nhiễu xạ góc 2θ = 35,910 , độ rộng vạch nhiễu xạ cực đại: B = (2θ1 − 2θ2 ) = (36,03 − 35,8 ) = 0,23 = 0,004 (radian) Kích thước tinh thể: 0,9λ 0,9 ∗ 0,15406 d= = = 36,44 nm Bcosθ 0,004 ∗ cos 35,91  Đối với mẫu tinh thể ZnO 1/1 600 0C Hình 2.28 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1/1 600 0C Với mẫu tinh thể ZnO 1/1 6000C cực đại nhiễu xạ góc 2θ = 35,940 , độ rộng vạch nhiễu xạ cực đại: B = (2θ1 − 2θ2 ) = (36,05 − 35,84 ) = 0,2 = 0,0037 (radian) Kích thước tinh thể: 0,9λ 0,9 ∗ 0,15406 d= = = 39,4 nm Bcosθ 0,0037 ∗ cos 35,94 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 46 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance  Đối với mẫu tinh thể ZnO 1/1 7000C Hình 2.29 Giản đồ nhiễu xạ tia X ba đỉnh đặc trưng mẫu ZnO 1/1 700 0C Với mẫu tinh thể ZnO 1/1 7000C cực đại nhiễu xạ góc 2θ = 35,970 , độ rộng vạch nhiễu xạ cực đại: B = (2θ1 − 2θ2 ) = (36,07 − 35,86 ) = 0,21 = 0,0037 (radian) Kích thước tinh thể: d= 0,9λ 0,9 ∗ 0,15406 = = 39,4 nm Bcosθ 0,0037 ∗ cos 35,97 Hình 2.30 đồ thị tổng hợp giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO tổng hợp phương pháp đồng kết tủa với tỉ lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 1/2 nung nhiệt độ thay đổi từ 100 0C đến 700 0C thu đồ thị nhiễu xạ So sánh với thẻ chuẩn ZnO, vị trí đỉnh hoàn toàn trùng với đỉnh nhiễu xạ mặt phẳng mặt phẳng (100), (002), (101), (102), (110), (103), (200), (112), (201) ZnO có cấu trúc lục giác, với số mạng a = b = 3,249 Å, c = 5,205 Å nhóm không gian P63mc (168) (theo thẻ chuẩn JCPDS 05-0664) (phụ lục 1) Dựa vào giản đồ nhiễu xạ tia X sử dụng công thức Debye-Scherrer.Ta tính kích thước trung bình nano tinh thể ZnO khoảng 13 đến 48 trình bày bảng 2.3 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 47 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance Hình 2.30 Giản đồ nhiễu xạ tia x phổ ZnO 1/2 thay đổi theo nhiệt độ Từ đồ thị thông số tính bảng 2.3 ta thấy kích thước tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ nung mẫu : nhiệt độ tăng, cường độ đỉnh nhiễu xạ tăng, độ bán rộng đỉnh phổ giảm kích thước tinh thể tăng Bảng 2.2 Kích thước trung bình tinh thể ZnO tổng hợp phương pháp đồng kết tủa tỉ lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 1/1 Nhiệt độ (°C) 𝐵(radian) 2θ (radian) D (nm) 200 0,01 36,2 ~15 300 0,0065 35,9 ~22 400 0,0042 35,95 ~35 500 0,004 35,91 ~36 600 0,0037 35,94 ~39 700 0,0037 35,97 ~39 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 48 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance Bảng 2.3 Kích thước trung bình tinh thể ZnO tổng hợp phương pháp đồng kết tủa tỉ lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 1/2 Nhiệt độ (°C) 𝐵(radian) 2θ (radian) D (nm) 300 0,011 36 ~13 400 0,0059 36,07 ~25 500 0,0044 36,13 ~32 600 0,0033 36,06 ~44 700 0,0030 36,05 ~48 4.2 Tính chất cấu trúc vật liệu ZnS Hình 2.31 Là giản đồ nhiễu xạ tia X đặc trưng mẫu bột nhận sau trình tổng hợp phương pháp đồng kết tủa (2.31a), thủy nhiệt (2.31b) hỗ trợ vi sóng (2.31c) Giản đồ nhiễu xạ tia X ba mẫu đặc trưng ba đỉnh nhiễu xạ có cường độ yếu độ rộng bán phổ lớn, chứng tỏ kết tinh chưa cao kích thước nhỏ tinh thể nhận So sánh với thẻ chuẩn JCPDS 05-0566 ZnS, vị trí đỉnh hoàn toàn trùng với đỉnh nhiễu xạ mặt phẳng (111), (220) (311) ZnS có cấu trúc lập phương, với số mạng a = 5,406 Å nhóm không gian F-43m (216) (theo thẻ chuẩn JCPDS 05-0566) Hình 2.31 (a) giản đồ nhiễu xạ tia X bột nhận sau trình tổng hợp phương pháp đồng kết tủa Dựa vào giản đồ nhiễu xạ tia X sử dụng công thức Debye-Scherrer.Ta tính kích thước trung bình nano tinh thể ZnS khoảng 2-3 nm Hình 2.31 (b) giản đồ nhiễu xạ tia X bột nhận sau trình tổng hợp phương pháp thủy nhiệt 200 oC với thời gian phản ứng h (đường 1), h (đường 2) h có chất hoạt động bề mặt acrylamide (đường 3) Kích thước tinh thể tương ứng mẫu tính toán công thức Debye-Scherrer kết nhận được trình bày bảng 2.4 với giá trị tinh thể tương ứng với giản đồ nhiễu xạ 1, (hình 2.31b) 9, 12 nm Có thể thấy điều kiện chế tạo 200 oC thời gian phản ứng h, có mặt chất hoạt động bề mặt kích thước tinh thể trung bình nhận giảm từ xuống nm Như vậy, có mặt chất hoạt động bề mặt acrylamide trình phản ứng có tác dụng làm giảm kết tụ đám hạt hạn chế khả phát triển kích thước tinh thể Hình 2.31(c) giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột tổng hợp phương pháp trộn hợp chất hóa học nhiệt độ 70 oC (đường 1) phương pháp hỗ trợ vi sóng GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 49 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance thời gian 15 phút (đường 2) 60 phút (đường 3) Kích thước tinh thể tính toán tương ứng mẫu 1, trình bày bảng 2.5 có giá trị 4, nm Kết cho thấy kích thước nano tinh thể ZnS hình thành không phụ thuộc nhiều vào thời gian chiếu xạ vi sóng (a) (b) (c) Hình 2.31 Giản đồ nhiễu xạ tia X hạt nano tinh thể ZnS chế tạo phương pháp hóa học GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 50 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance Bảng 2.4 Kích thước trung bình nano tinh thể ZnS thủy nhiệt 200 oC h, h h có chất hoạt động bề mặt acrylamide Mẫu Thời gian thủy nhiệt 4h 7h 4h Kích thước tinh thể ~9 nm ~12 nm ~4 nm Bảng 2.5 Kích thước trung bình hạt nano tinh thể ZnS tổng hợp phương pháp hỗ trợ vi sóng Mẫu t (phút) 15 60 B (radian) 2,003 1,616 1,351 2θ (độ) 29,2 29,1 29,1 D (nm) ~4 ~5 ~6 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 51 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance PHẦN KẾT LUẬN Qua trình thực đề tài “ Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8- Advance Tôi tìm hiểu trình bày nội dung sau đây:  Trình bày kiến thức vật lý cấu trúc tinh thể tia X  Trình bày số phương pháp nhiễu xạ tia X gồm phương pháp phương Laue, phương pháp quay đơn tinh thể dùng để nhiễu xạ vật liệu có cấu trúc đơn tinh thể phương pháp nhiễu xạ bột dùng cho vật liệu có cấu trúc đa tinh thể  Giới thiệu cấu tạo nguyên tắc hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8Advance tính ưu việc máy nhiễu xạ tia x hệ Tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO tổng hợp phương pháp đồng kết tủa với tỉ lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 1/1 1/2 nung nhiệt độ thay đổi từ 1000C đến 7000C mẫu ZnS tổng hợp phương pháp đồng kết tủa, thủy nhiệt hỗ trợ vi sóng nhận thấy:  Đối với mẫu ZnO: yếu tố nhiệt độ nung ảnh hưởng rõ rệt đến khả kết tinh kích thước hạt nano tinh thể ZnO mẫu ZnO có tỉ lệ mol 1/2 có kích thước (~48 nm ) lớn so với ZnO tỉ lệ mol 1/1( ~39 nm)  Đối với mẫu ZnS: tùy thuộc vào công nghệ chế tạo khác nano tinh thể nhận có dạng hạt tinh thể gần cầu có kích thước trung bình ~ 2-3 nm (phương pháp đồng kết tủa); cấu trúc nano hình cầu xốp kích thước từ vài chục đến vài trăm nm tạo nên với hạt nano tinh thể kích thước trung bình ~ nm (thủy nhiệt có sử dụng chất hoạt động bề mặt); hình cầu dạng nano hierarchical có kích thước trung bình ~ 300 - 500 nm tạo nên từ que nano kích thước ~100 nm (tổng hợp có hỗ trợ vi sóng) Một khó khăn gặp phải việc tìm kiếm tài liệu liên quan tới máy nhiễu xạ tia X D8- Advance nhiều hạn chế Các tài liệu tham khảo chủ yếu viết tiếng anh nên dịch lại có phần chưa chuẩn xác, kiến thức chuyên ngành hạn chế nên nên nội dung kiến thức chưa tìm hiều sâu, chưa khai thác thật đầy đủ ứng dụng máy nhiễu xạ tia X D8 Advance đem lại Mặc khác thời gian tìm hiểu ngắn nên chưa hoàn toàn thấy tính vượt trội máy Tuy nhiên đề tài hay, gần gũi thiết thực cho việc nâng cao kiến thức phục vụ giảng dạy nghiên cứu sâu vật liệu GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 52 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Lê Anh, “Nhiễu xạ tia X”, Tiểu luận tốt nghiệp, năm 2013 [2] Nguyễn Thị Búp, “Tổng hợp khảo sát tính chất quang vật liêu ZnO có cấu trúc nano” luận văn tốt nghiệp cao học, Cần Thơ, năm 2014 [3] Vũ Đình Cự, “Vật Lý chất rắn”, NXB khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội 1997 [4] Phạm Ngọc Nguyên, “Giáo trình kỹ thuật phân tích vật lý”, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội 2004 [5] Nguyễn Trí Tuấn, “Nghiên cứu tổng hợp khảo sát tính chất quang nano tinh thể bán dẫn ZnS pha tạp Cu Mn”, Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Hà Nội 2012 [6] Nguyễn Đình Triệu, “ Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học”, NXB Đại học Quốc Gia, năm 1999 [7] https://www.bruker.com/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-raydiffraction/d8-advance/learn-more.html [8] http://www.thuvienvatly.edu.vn/f/38541 [9] http://vi.wikipedia.org/wiki/C%E1%BA%A5u_tr%C3%BAc_tinh_th%E1%BB%83 [10] https://www.google.com/search?q=thang+sóng+diện+từ GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 53 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: THẺ CHUẨN ZnO CỦA JCPDS 05-0664 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 54 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X D8 Advance PHỤ LỤC 2: THẺ CHUẨN ZnS JCPDS 05-0566 GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 55 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi [...]... văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nhiễu x tia X D8 Advance trong đó : λ là bước sóng tia X, θ là góc nhiễu x , B là độ rộng của nửa cực đại nhiễu x B = 2θ2 - 2θ1 Mạng Bravais và cấu trúc tinh thể có thể nhận biết từ trình tự các giá trị h 2 + k2 + l2 trong ảnh nhiễu x như trong bảng 1.4 Hình 1.20 Giản đồ nhiễu x tia X của mẫu ZnS Bảng 1.4 Dạng tổng bình phương của một số... 2θ, cường độ tia nhiễu x được ghi tự động trên giấy, và từ đó vẽ được giản đồ nhiễu x của mẫu Vị trí các đỉnh nhiễu x giúp x c định dạng hình học và kích thước ô đơn vị, cường độ đỉnh nhiễu x liên quan tới sự sắp x p của nguyên tử trong ô đơn vị GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 24 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nhiễu x tia X D8 Advance Kết... Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nhiễu x tia X D8 Advance 3 3 Cường độ nhiễu x Có thể tính toán được cường độ nhiễu x bằng cách cộng sóng hình sin với pha và biên độ khác nhau Hướng của tia nhiễu x không bị ảnh hưởng bởi loại nguyên tử ở từng vị trí riêng biệt và hai ô mạng đơn vị có cùng kích thước nhưng với sự sắp x p nguyên tử khác nhau sẽ nhiễu x tia X trên cùng một... THUẬT NHIỄU X TIA X 3 1 Hiện tượng nhiễu x tia X Nhiễu x ánh sáng là hiện tượng ánh sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần các chướng ngại vật Hiện tượng này thể hiện tính chất sóng của ánh sáng Nhiễu x tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu x trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu x Kỹ thuật nhiễu x tia X (thường... cường độ của các tia nhiễu x này khác nhau.[1] Để x c định cường độ nhiễu x thường tiến hành theo ba bước sau:  Nhiễu x tia X bởi điện tử tự do  Nhiễu x tia X bởi nguyên tử  Nhiễu x bởi ô mạng cơ bản 3.3.1 Nhiễu x bởi điện tử tự do Thomson đã chứng minh được công thức x c định cường độ nhiễu x tia X bởi một điện tử có điện tích e và khối lượng me tại khoảng cách r ( khoảng cách giữa tán x điện... viết gọn là nhiễu x tia X) được sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu… Nhiễu x là đặc tính chung của các sóng bị thay đổi khi tương tác với vật chất và GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 18 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nhiễu x tia X D8 Advance là sự giao thoa tăng cường của nhiều hơn một sóng tán x Để mô tả hiện tượng nhiễu x người... phẳng nguyên tử d hkl GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 19 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nhiễu x tia X D8 Advance Hình 1.15 Nhiễu x tia X bởi các mặt phẳng của nguyên tử Giả sử rằng tia tới là tia đơn sắc, song song và cùng pha với bước sóng  chiếu vào hai mặt phẳng này với một góc θ Hai tia 1 và 2 bị tán x bởi nguyên tử Q và P cho hai tia phản... nhiễu x Bragg Trong phân tích tinh thể bằng tia X hiện đại người ta dùng nhiễu x kế tia X, hình 1.19 Bộ phận chính của nhiễu x kế tia X là: Nguồn tia X, mẫu, detector tia X Chúng được đặt nằm trên chu vi của vòng tròn (gọi là vòng tròn tiêu tụ) Góc giữa mặt phẳng mẫu và tia X tới là θ – góc Bragg Góc giữa phương chiếu tia X và tia nhiễu x là 2θ Nguồn tia X được giữ cố định còn detector chuyển động. .. văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nhiễu x tia X D8 Advance này là tia X, Ronghen đã phát hiện tia X chính là ở chỗ có chùm electron đập vào Từ đó, ông chế tạo ra được một thiết bị phát ra chùm tia X mạnh mà ngày nay ta gọi là bóng phát tia X hay bóng phát tia Ronghen Năm 1901 ông trở thành người đầu tiên đạt giải Nobel Vật lí vì tìm ra tia X Tiếp theo các nghiên cứu của Ronghen,... phẳng Hình 1.16: Sơ đồ nhiễu x tia X bằng phương pháp nhiễu x chụp ảnh Laue [1] Trên ảnh Laue ta thấy các vết nhiễu x có dạng đối x ng và phân bố theo các đường cong dạng elip, parabol hay hypebol đi qua tâm ảnh như hình1.17 Các đường cong này GVHD: TS Nguyễn Trí Tuấn Trang 22 SVTH: Nguyễn Thị Diễm Thi Luận văn đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nhiễu x tia X D8 Advance gọi là các ... học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu x tia X D8 Advance CHƯƠNG MÁY NHIỄU X TIA X: D8- ADVANCE GIỚI THIỆU MÁY NHIỄU X TIA X D8- ADVANCE Máy nhiễu x tia X D8- Advance thiết bị nhiễu. .. đại học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu x tia X D8 Advance CẤU TẠO VÀ TÍNH NĂNG Nguồn tia X Để bắt đầu cho nhiễu x tia X cần có nguồn tia X, D8- Advance sử dụng nguồn tia X đồng... học Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nhiễu x tia X D8 Advance Hình 2.17 Giản đồ nhiễu x tia X mẫu ZnO 1/1 100 0C Giản đồ nhiễu x tia X mẫu ZnO 1/1 100 0C chưa xuất đỉnh nhiễu x đặc