Đang tải... (xem toàn văn)
Nguyên tắc của phương phápSử dụng tia X đơn sắcMẫu dưới dạng bột, kích thước hạt 0,010,001mmVì bột gồm vô số vi tinh thể định hướng hỗn loạn cho nên trong mẫu luôn có những mặt (hkl) (với d(hkl) tương ứng) nằm ở vị trí thích hợp, tạo với chùm tia tới một góc thỏa mãn điều kiện Bragg.Các tia nhiễu xạ của cùng một họ mặt phẳng (hkl) tạo thành một mặt nón với đỉnh là mẫu, trục là tia tới.
VLUD K25 Seminar Ho Chi Minh University Of Science PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Department Of Applied Of Physics – K25 DEBYE-SCHERRER METHOD Teacher: Prof Dr LE KHAC BINH Students: HOANG THI THU HA – NGUYEN HY www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER NỘI DUNG I Cơ sở lý thuyết phương pháp II Cách bố trí thực nghiệm để ghi phổ nhiễu xạ III Ứng dụng cách đoán nhận phổ nhiễu xạ www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER I Cơ sở lý thuyết phương pháp www.wellspringsaigon.edu.vn I Tổng quanSeminar VLUD K25 5-10 keV 0.2-0.1 nm PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Tia X hay gọi tia Rontgen dải xạ điện từ có bước sóng từ 0.01 đến 10 nm tương ứng với lượng khoảng 100eV đến 100keV Tia X cứng: có khả xuyên sâu cao nên ứng dụng lĩnh vực nghiên cứu tinh thể, chuẩn đoán ảnh y tế, an ninh hàng không,… Tia X mềm: dễ bị hấp thụ không khí, môi trường nước, www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Hiện tượng nhiễu xạ tia X quan sát Max Von Laue (1879 –1960, giải thưởng Nobel Vật lý năm 1914) vào năm 1912 Hiện tượng nhiễu xạ tia X giải thích hai cha gia đình Bragg năm 1913 W.L and W.H Bragg (Wiliam Henry Bragg (cha), 1862-1942, Wiliam Lawrence Bragg (con), 1890-1971, hai nhà vật lý người Anh, giải thưởng Nobel vật lý năm 1915) n⋅λ d = ⋅ sinθ www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Điều kiện nhiễu xạ tia X – Định luật Bragg Các tia X không thực bị phản xạ mà chúng bị tán xạ, song thuận tiện xem chúng bị phản xạ Mỗi mặt phẳng nguyên tử phản xạ sóng tới độc lập với coi “mặt phản xạ” Tia nhiễu xạ coi “tia phản xạ” Điều kiện nhiễu xạ: nλ = 2dsinθ (λ bước sóng tia X tới; d khoảng cách mặt phẳng họ mặt phẳng song song; θ góc phản xạ; n bậc phản xạ) www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Chỉ họ mặt phẳng song song thỏa mãn định luật Bragg cho chùm tia nhiễu xạ quan sát Muốn thỏa mãn đl Bragg phải có λ ≤ 2d, mà tinh thể d cỡ Å nên thấy tượng nhiễu xạ tia X Một mặt phẳng phản xạ phần nhỏ chùm tia X tới, không mặt phẳng phản xạ hết, không để mặt phẳng sau phản xạ tượng giao thoa www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Họ mặt phẳng phản xạ họ mặt phẳng tinh thể, tinh thể có nhiều họ mặt phẳng phản xạ khác (chú ý không nhầm lẫn mặt phẳng phản xạ với mặt tinh thể) Bản chất tia tới khác (tia X, nơtron, electron, ) Các tia không thiết rơi từ vào tinh thể mà nằm tinh thể www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Định luật Bragg hệ tính tuần hoàn tịnh tiến mạng tinh thể,nên không phụ thuộc vào tinh thể Số nguyên tử tinh thể định cường độ tương đối chùm tia nhiễu xạ bậc n khác Trong hầu hết trường hợp, bậc phản xạ thứ (n = 1) sử dụng, định luật Bragg viết: λ = 2dsinθ Khi n > 1, phản xạ gọi phản xạ bậc cao www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Seminar Nhắc lại số kiến thức kí hiệu mặt phẳng • Một mặt phẳng P cắt trục tọa độ Ox, Oy, Oz điểm A(1/2,0,0); B(0,1/3,0); C(0,0,1/4) Mặt phẳng có số Miller (234) Đây kí hiệu họ mặt phẳng song song cách (với khoảng cách kí hiệu d (234)) P mặt phẳng gần gốc tọa độ so với mặt phẳng khác họ (234) • Tổng quát, họ mặt phẳng (hkl) có mặt phẳng gần với gốc tọa độ, cắt trục tọa độ (1/h,0,0); (0,1/k,0); (0,0,1/l) Nói cách khác, họ mặt phẳng (hkl) chia đơn vị trục làm h phần (trên trục x), k phần (trên trục y) l phần (trên trục z) • Như vậy, kí hiệu mặt phẳng thể vị trí tương đối mặt mạng trục tinh thể mà thể số mặt mạng song song cắt trục phạm vi đơn vị độ dài trục www.wellspringsaigon.edu.vn 10 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Ví dụ: λ = 0.559 Å 10 12 11 13 2 H +K +L O 2θ ( ) STT sin θ Q Gần Chính xác HKL a 13,6 0.014019 3 111 4,0886 15,8 0.018891 1.347481 4.042442 200 4,0671 22,4 0.037727 2.691036 8.073109 220 4,0701 26,2 0.051371 3.66424 10.99272 11 311 4,0900 27,4 0.056092 4.001021 12.00306 12 222 4,0881 … … … … … … … … www.wellspringsaigon.edu.vn ∆a 53 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Xác định cấu trúc tinh thể Chú ý: Giá trị Q mạng lptk lpđg giống Để quy kết tinh thể xét lptk hay lpđg việc nhận biết pic số (ở lpđg Q = lptk Q = 7), người ta dựa vào cường độ pic Ở lpđg, pic thứ hai hai pic đầu có cường độ lớn hơn, lptk pic thứ có cường độ lớn Sai số xác định a gần bậc tính theo công thức: ∆a = a.cotgθ.∆θ ∆a phụ thuộc vào θ nên lấy trung bình giá trị a nhận từ pic Thường người ta lấy giá trị a ứng với pic có góc lớn o o trung bình giá trị ứng với hai pic cuối với θ> 70 vẽ đồ thị a = f(θ) ngoại suy độ lớn a đến θ = 90 www.wellspringsaigon.edu.vn 54 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Bài tập www.wellspringsaigon.edu.vn 55 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Bài tập www.wellspringsaigon.edu.vn 56 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Bài tập www.wellspringsaigon.edu.vn 57 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Ghi nhận tia nhiễu xạ phim ảnh www.wellspringsaigon.edu.vn 58 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Any lattice vector r in a real lattice can be written as: r=n a+n b+n c where n are integers and a, b and c are the unit vectors describing the lattice i These real space lattice vectors correspond to directions in the crystal The lattice vector can also be written as: r = ua + vb + wc where u, v and w are the components of the direction index [uvw] Funit cell (S) A reciprocal lattice vector can be defined in the same way: r* = m a* + m b* + m c* where m are integers and a*, b* and c* are the reciprocal unit vectors i This is more commonly written: g = ha* + kb* + lc* hkl www.wellspringsaigon.edu.vn picture assumes sin θ/λ = 1/3 59 VLUD K25 Seminar www.wellspringsaigon.edu.vn PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER 60 VLUD K25 Seminar www.wellspringsaigon.edu.vn PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER 61 VLUD K25 Seminar www.wellspringsaigon.edu.vn PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER 62 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Experiment of Laue 1912 - X-ray diffraction by a single crystal www.wellspringsaigon.edu.vn 63 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG Max Theodor FelixPHÁP von DEBYE-SCHERRER Laue Max von Laue put forward the conditions for scattering maxima, the Laue equations: a(cosα - cosα0)=hλ b(cosβ - cosβ0)=kλ c(cosγ - cosγ0)=lλ 64 www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar www.wellspringsaigon.edu.vn PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER 65 VLUD K25 Seminar PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Chùm nhiễu xạ Chùm tia tới www.wellspringsaigon.edu.vn 66 VLUD K25 PHƯƠNG PHÁP DEBYE-SCHERRER Seminar - a b C www.wellspringsaigon.edu.vn 67 [...]... Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER II abc www.wellspringsaigon.edu.vn 17 VLUD K25 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Seminar 2 Các phương pháp ghi nhận vết nhiễu xạ 1 Chụp phim 2 Nhiễu xạ kế www.wellspringsaigon.edu.vn 18 VLUD K25 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Seminar 2 Mô hình của Ewald cho ta thấy mối quan hệ giữa: Cầu Ewald - Vector sóng của tia tới và tia phản xạ, góc của chúng với nhau Xác định phương của... vạch yếu www.wellspringsaigon.edu.vn 21 VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Phương pháp chụp phim – Debye – Scherrer Phim được rửa, cắt và trải phẳng Đo khoảng cách tương đối giữa các vạch, tính góc phản xạ, từ đó xác định được các đặc trưng của tinh thể nghiên cứu 22 www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Xác định góc θ πS1 θ= 2W www.wellspringsaigon.edu.vn... www.wellspringsaigon.edu.vn 20 VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Phương pháp chụp phim Debye – Scherrer Thiết bị: Phim được lót sát vào thành trong của một hộp kim loại hình trụ - gọi là camera Camera có bán kính xác định Mẫu được đặt trên một giá đỡ nằm ở trục trung tâm của camera Kết quả: trên phim có những cung tròn đối xứng qua vết trung tâm Yêu cầu của phương pháp là vạch nhiễu xạ phải mảnh,... VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Phương pháp chụp phim – Debye – Scherrer Đôi khi người ta đặt một tấm phim phẳng phía trước hoặc sau mẫu để hứng các chùm tia nhiễu xạ Trên phim là các vết tròn đồng tâm Cách này có hiệu quả đối với các nhiễu xạ có góc θ nhỏ hoặc gần 180o 25 www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Ghi nhận tia nhiễu xạ bằng phim ảnh... nhiễu xạ chung Trong quá trình tổng hợp vật liệu, phương pháp bột được sử dụng để nghiên cứu sự hình thành pha sản phẩm cũng như độ tinh khiết của sản phẩm Ví dụ: Phản ứng giữa hai pha rắn Al2O3 và MgO để hình thành pha MgAl2O4 có thể được theo dõi bằng nhiễu xạ tia X theo phương pháp bột www.wellspringsaigon.edu.vn 35 VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Kiểm tra sự đơn pha (độ tinh khiết) •... 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Sai số Nếu khi đo θ mà mắc sai số tuyệt đối ∆θ thì sẽ gây sai số tuyệt đối ∆d đối với d là: λ cos θ ∆θ ∆d = − 2 2 sin θ Sai số tương đối là: (Chứng minh?) ∆d = − cot gθ ∆θ d Như vậy, sai số tương đối càng nhỏ khi cotgθ càng nhỏ, nghĩa là θ gần 90o, góc tạo bởi tia tới và tia nhiễu xạ 2θ gần 180o 24 www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER. .. (HKL) thay vì tìm các chỉ số (hkl) 12 www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Seminar 2 Diffraction 2d sin θ = λ θ θ A C A (100) www.wellspringsaigon.edu.vn θ D F C (200) E B B ABC = 2λ DEF = λ 2nd order (100) diffraction 20-9-2006 θ = 1st order (200) diffraction 13 VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Chú ý: Định luật Bragg chỉ là điều kiện cần song chưa đủ cho nhiễu... độ tương đối của một vết được tính bằng: I/I o www.wellspringsaigon.edu.vn 26 VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Ghi nhận tia nhiễu xạ máy đếm Máy đo nhiễu xạ tia X hiện đại, có sử dụng máy đếm và kết nối với máy tính điện tử 27 www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Ghi nhận tia nhiễu xạ máy đếm B Mẫu được chế tạo lớp mỏng tròn, phẳng, được gắn trên... thể hiện mối quan hệ giữa cường độ (số xung trên một đơn vị thời gian) và góc 2 θ (độ) 28 www.wellspringsaigon.edu.vn VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Giản đồ nhiễu xạ tia X: 20-9-2006 www.wellspringsaigon.edu.vn 29 VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Giản đồ nhiễu xạ tia X: Bao gồm các píc có cường độ khác nhau Mỗi pic tương ứng với một phản xạ của họ mặt (HKL) nào đó Từ... Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Những ứng dụng phân tích của phương pháp bột nhiễu xạ tia X • Xác định các vật liệu chưa biết • Kiểm tra sự đơn pha (độ tinh khiết) • Xác định kích thước tinh thể • Nghiên cứu sự tính chất nhiệt biết đổi của vật liệu • Phân tích định lượng • Xác định cấu trúc tinh thể www.wellspringsaigon.edu.vn 33 VLUD K25 Seminar 2 PHƯƠNG PHÁP DEBYE- SCHERRER Xác định vật liệu