BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH PHẠM THỊ MAI ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỦY PÔ-SI-TRÔN ĐỂ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SẮT TRONG CẤU TRÚC MỘT VÀI VẬT LIỆU ZÊ-Ô-LIT LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Thành phố Hồ Chí Minh - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH PHẠM THỊ MAI ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỦY PÔ-SI-TRÔN ĐỂ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SẮT TRONG CẤU TRÚC MỘT VÀI VẬT LIỆU ZÊ-Ô-LIT Chuyên ngành: Vật lí hạt nhân-nguyên tử-năng lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN QUỐC DŨNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2012 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập nghiên cứu luận văn, nhận quan tâm, bảo tận tình với tinh thần khoa học trách nhiệm cao Thầy, Cô Nhân đây, cho phép bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: • TS Trần Quốc Dũng, người thầy giảng dạy, định hướng đề tài luận văn, tận tình hướng dẫn nghiên cứu khoa học • TSKH Lê Văn Hoàng đọc góp ý cho báo khoa học • Các Thầy, Cô hội đồng phản biện báo cáo dành thời gian đọc, cho ý kiến đóng góp quý báu luận văn • Các thầy, cô khoa vật lí, trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đặc biệt thầy cô trực tiếp dạy dỗ giúp đỡ suốt thời gian học tập • Các chuyên viên phòng đào tạo sau Đại Học, trường ĐHSP TP HCM tạo điều kiện tốt cho học tập, nghiên cứu báo cáo luận văn Xin cảm ơn Bố, Mẹ, hai anh bạn bè nguồn động viên, cỗ vũ tinh thần, giúp hoàn thành luận văn TP Hồ Chí Minh - 2012 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZÊ-Ô-LIT 17 1.1 Thành phần hóa học, đặc tính cấu trúc zê-ô-lit 17 1.1.1 Thành phần hóa học đặc tính 17 1.1.2 Cấu trúc khung zê-ô-lit 19 1.2 Phân loại zê-ô-lit 23 1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc 23 1.2.2 Phân loại theo kích thước lỗ rỗng 23 1.2.3 Phân loại theo chiều không gian lỗ bên cấu trúc 24 1.2.4 Phân loại theo thành phần hóa học 25 1.3 Tính chất zê-ô-lit số ứng dụng 26 1.3.1 Tính chất trao đổi ca-ti-ôn 26 1.3.2 Tính hấp phụ có chọn lọc nước chất phân cực 27 1.3.3 Tính a-xit bề mặt, hoạt tính xúc tác 28 1.3.4 Tính chất chọn lọc hình dạng 31 1.4 Tổng hợp zê-ô-lit 32 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HỦY PÔ-SI-TRÔN 34 2.1 Sự tạo thành hủy pô-si-trôn 34 2.1.1 Pô-si-trôn, hạt phản vật chất 34 2.1.2 Các nguồn pô-si-trôn 35 2.1.3 Tương tác pô-si-trôn với vật chất, hủy pô-si-trôn 38 2.2 Lí thuyết phương pháp hủy pô-si-trôn 50 2.2.1 Phương pháp đo thời gian sống 52 2.2.2 Đo độ dãn nở Đôp-le 57 2.3 Giới thiệu phần mềm phân tích phổ LT 61 2.3.1 Giới thiệu chung 61 2.3.2 Định nghĩa số hạng sử dụng LT 63 2.3.3 Mô hình lí thuyết 64 CHƯƠNG : Ứng dụng phương pháp hủy pô-si-trôn để nghiên cứu ảnh hưởng sắt cấu trúc vật liệu SBA-15 68 3.1 Đối tượng nghiên cứu 68 3.1.1 Khái quát vật liệu SBA-15 Fe-SBA-15 68 3.1.2 Sự hủy pô-si-trôn vật liệu xốp trung bình SBA-15 70 3.1.3 Tổng hợp zê-ô-lit SBA Fe-SBA-15 71 3.2 Hệ đo 72 3.3 Kết đo thảo luận 72 3.3.1 Thời gian sống pô-si-trôn hai mẫu đo 73 3.3.2 Độ dãn nở Đôp-le hai mẫu đo 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại zê-ô-lit theo kích thước lỗ rỗng 24 Bảng 2.1: Một số nguồn pô-si-trôn cách tạo nguồn 36 Bảng 3.1: Các giá trị thành phần thời gian sống cường độ tương ứng .73 Bảng 3.2: Các giá trị bán kính lỗ Ri tương ứng thời gian sống τ i 75 Bảng 3.3: Các tham số để đánh giá độ dãn nở Đôp-le 77 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Đơn vị cấu trúc sơ cấp 19 Hình 1.2: Đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU 19 Hình 1.3: Cấu trúc sô-đa-lit 20 Hình 1.4: Mô hình zê-ô-lit A X 20 Hình 1.5: Vị trí EFW ca-ti-ôn Al3+ (EFAl) 21 Hình 1.6: Ba vị trí EFW (I, II, III) cấu trúc khung zê-ô-lit loại X 22 Hình 1.7: Các vị trí EFW cấu trúc zê-ô-lit Da-chi-a-đit 22 Hình 1.8: Ba kiểu phân bố không gian lỗ rỗng 24 Hình 1.9: Mô hình zê-ô-lit hấp phụ chất phân cực 28 Hình 1.10: Quá trình trao đổi ca-ti-ôn Na+ lấy ca-ti-ôn H+ 29 Hình 1.11: Tâm a-xit Brôn-tet zê-ô-lit 29 Hình 1.12: Quá trình de-hy-đrô-xin chuyển tâm a-xit Brôn-tet thành a-xit Lê-it 30 Hình 2.1: Sơ đồ phân rã đồng vị phóng xạ 22Na …………… 36 Hình 2.2: Nguyên lí mở kênh tinh thể ………………………………40 Hình 2.3: Các trình tương tác pô-si-trôn tinh thể 42 Hình 2.4: Giản đồ phương bay hai phô-tôn hủy 46 Hình 2.5: Tổng hợp chế hủy pô-si-trôn vật rắn 50 Hình 2.6: Tổng hợp phương pháp hủy pô-si-trôn 51 Hình 2.7: Sơ đồ hệ đo thời gian sống pô-si-tron 53 Hình 2.8: Sơ đồ chữ hệ đo thời gian sống pô-si-trôn 54 Hình 2.9: Sơ đồ hệ đo độ dãn nở Đôp-le 57 Hình 2.10: Sơ đồ trùng phùng để đo phổ giãn nở Đôp-le có giảm phông 58 Hình 2.11: Phổ trùng phùng Đôp-le Ga As – Zn 59 Hình 2.12: Cách xác định diện tích vùng N p N w đường cong phổ 60 Hình 2.13: Giao diện phần mềm LT v9 62 Hình 3.1: Mô hình mao quản lục lăng SBA-15 69 Hình 3.2: Mô hình kết nối kênh mao quản SBA-15 69 Hình 3.3: Phổ thời gian sống mẫu SBA-15 73 Hình 3.4: Phổ thời gian sống mẫu Fe-SBA-15 73 Hình 3.5: Giao diện phần mềm xử lí số liệu Sigmaplot tham số đánh giá độ dãn nở Đôp-le mẫu SBA-15 76 Hình 3.6: Giao diện phần mềm xử lí số liệu Sigmaplot tham số đánh giá độ dãn nở Đôp-le mẫu Fe-SBA-15 77 MỞ ĐẦU Pô-si-trôn - phản hạt ê-lec-trôn, tiên đoán Đi-rắc (Dirac) vào năm 1928 bị phát tia vũ trụ An-đê-sân (Anderson) vào năm 1932, phản hạt khẳng định giới hạt vi mô Từ đến nay, lí thuyết thực nghiệm pô-si-trôn ứng dụng kĩ thuật pô-si-trôn nhiều lĩnh vực khác phát triển mạnh mẽ Sự hủy pô-si-trôn với ê-lec-trôn môi trường vật chất bắt đầu nghiên cứu từ năm bốn mươi kỉ hai mươi Người ta sớm nhận bảo toàn lượng động lượng cặp hủy suốt trình hủy hữu hiệu nghiên cứu đặc tính lí-hóa vật chất Phương pháp phổ kế hủy pô-si-trôn để nghiên cứu phân bố ê-lec-trôn kim loại hợp kim sớm thực Be-rin-gơ (Behringer) Môngô-me-ry (Montgomery) (1942); Bê-nê-det-ti (Benedetti) (1950) tổng hợp Quét (West R N.) [53] Những kĩ thuật thực nghiệm khác hủy pô-si-trôn nhờ hệ phổ kế phát triển mạnh mẽ hai thập niên sau năm 1945 Phép đo góc tương quan gam-ma hủy, phép đo độ dãn nở Đôp-le (Doppler) đường hủy, phép đo thời gian sống pô-si-trôn thiết lập cách độc lập Vào cuối năm 1960, người ta nhận tham số hủy pô-si-trôn không nhạy với mật độ ê-lec-trôn mà với mật độ khuyết tật mạng tinh thể không hoàn hảo Các pô-si-trôn bị bẫy khuyết tật bị hủy bên Nghiên cứu khuyết tật tinh thể trở thành vấn đề quan tâm nhiều lĩnh vực sử dụng phương pháp hủy pô-si-trôn Đến năm 1980, nghiên cứu khuyết tật tiến hành chủ yếu kim loại hợp kim Thời gian gần đây, phương pháp hủy pô-si-trôn áp dụng chủ yếu để nghiên cứu khuyết tật chất bán dẫn, dạng đơn chất hợp chất Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, kỹ thuật pô-si-trôn ngày cải tiến hoàn thiện hơn, chẳng hạn kết hợp hai phương pháp đo phổ thời gian sống dãn nở Đôp-le hình thành phương pháp mới, phương pháp tương quan thời gian - động lượng; phát triển phép đo xác suất hủy ba gam-ma Bên cạnh đó, người ta khám phá thêm nhiều phương pháp xây dựng nhìn toàn diện kỹ thuật pô-si-trôn như: kỹ thuật kính hiển vi máy dò pô-si-trôn; phương pháp xạ hủy pô-si-trôn tạo phổ ê-lec-trôn Au-gơ (Auger); phương pháp nhiễu xạ pô-si-trôn lượng thấp Sự phát triển rộng khắp toàn giới kỹ thuật hủy pô-si-trôn thể rõ qua hội nghị quốc tế xạ hủy pô-si-trôn ICPA (International conference on positron annihilation), hội nghị quốc tế tán xạ pô-si-trôn chất khí (International worshops on positron collisions in gases), hội nghị quốc tế kỹ thuật làm chậm pô-si-trôn SLOPOS (International conferences on slow positron – beam techniques), hội nghị quốc tế hóa học pô-si-trô-ni-um pô-si-trôn (International worshops on positron and positronium chemistry),… với hàng ngàn báo công bố Ở nước ta, kỹ thuật pô-si-trôn bước đầu quan tâm PGS.TS Mai Văn Nhơn người tiếp cận khảo sát tổng thể khả sử dụng ba phương pháp thực nghiệm: dãn nở Đôp-le, tương quan góc, kỹ thuật thời gian sống pô-si-trôn nghiên cứu vật liệu biến dạng đàn hồi Đức với GS Pri-e-mây-ơ (Priesmeyer) từ năm 1990-1991 Công trình nghiên cứu công bố báo cáo “Application of positron annihilation to nondestructive Testing” “Combined Neutron Scattering – Neutron Capture Gamma rays and Positron Annihilation studies on Materials under Elastic and Plastic – deformation” Trung tâm hạt nhân Thành Phố Hồ Chí Minh nơi nước ta trang bị hệ phổ kế thời gian sống pô-si-trôn (năm 2005) bắt đầu áp dụng để nghiên cứu độ rỗng đá, kim loại,… Tại trường đại học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQG thành phố Hồ Chí Minh, TS Châu Văn Tạo tính toán lượng hình thành lỗ trống đơn đôi số kim loại hợp kim, với ThS Trịnh Hoa Lăng áp dụng lí thuyết hàm mật độ để tính lượng tương quan pô-si-trôn – ê-lec-trôn kim loại đồng (cấu trúc FCC) [4] Thông tin cấu trúc vật chất cung cấp nhiều phương pháp phổ kế khác nhau, phương pháp có ưu điểm hạn chế riêng Phương pháp kính hiển vi điện tử quét – SEM, kính hiển vi điện tử tạo ảnh với độ phân giải cao bề mặt mẫu vật cách sử dụng chùm điện tử hẹp quét lên bề mặt vật mẫu ghi nhận thông tin nhờ xạ phát tương tác chùm điện tử với bề mặt vật mẫu Đây phương pháp phân tích không phá hủy mẫu cho độ hội tụ sâu kính hiển vi quang học, nhiên cho độ phân giải không tốt so với kính hiển vi điện tử truyền qua Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua – TEM, loại kính hiển vi quang học sử dụng chùm điện tử có lượng cao chiếu xuyên qua mẫu nhỏ sử dụng thấu kính từ để thu ảnh với độ phóng đại cực lớn Đây phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể nhiễu xạ điện tử nhạy mật độ sai hỏng tinh thể Tuy nhiên mẫu phân tích phải đủ mỏng chùm điện tử xuyên qua, tốn thời gian kinh phí gia công Hơn nữa, phương pháp tiến hành môi trường chân không cao cần sử dụng chùm điện tử lượng cao Phương pháp kính hiển vi lực nguyên tử – AFM, loại kính hiển vi quan sát cấu trúc vi mô bề mặt vật rắn dựa nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử đầu mũi dò nhọn với bề mặt mẫu Đây phương pháp phân tích không phá mẫu có độ phân giải tốt kính hiển vi quét Tuy nhiên, kích thước ảnh AFM đo với chiều cao lớn cỡ vài µ m vùng quét nằm phạm vi khoảng 150µ m So với phương pháp phổ kế trên, phương pháp hủy pô-si-trôn - PAS công cụ phân tích không phá mẫu hiệu Ưu điểm bật PAS nhạy với mật độ ê-lec-trôn mật độ khuyết tật tinh thể công cụ hữu hiệu để phân tích sai hỏng kích thước cực nhỏ Ngoài ra, ta kiểm soát lượng chùm pô-si-trôn nên đo sai hỏng có kích thước vị trí tinh thể với độ xác cao Zê-ô-lit tên gọi chung để họ vật liệu khoáng vô cơ, biết đến loại “rây phân tử”, ứng dụng hiệu nhiều lĩnh vực, bật công nghệ xúc tác Cho đến nay, zê-ô-lit vật liệu sử dụng rộng rãi làm chất xác tác công nghiệp, nhờ vào đặc tính quý báu: có diện tích bề mặt lớn khả hấp phụ cao; có cấu trúc hệ kênh lỗ rỗng đồng nhất, tương thích với nhiều loại phân tử thường gặp công nghiệp lọc hóa dầu; có tính a-xit bề mặt; tính chất lựa chọn hình dạng phân tử phản ứng, sản phẩm phản ứng trạng thái chuyển tiếp; có độ bền nhiệt thủy nhiệt cao Chính mà zê-ô-lit thu hút ý nhiều nhà khoa học giới Ở Việt Nam, bước đầu có thành công rõ rệt việc sản xuất ứng dụng vật liệu zê-ô-lit vào lĩnh vực đời sống Điển hình công nghệ mang tính đột phá chuyên gia đại học Bách Khoa Hà Nội sản xuất thành công vật liệu zê-ô-lit từ khoáng sét thiên nhiên Công nghệ chuyển hóa từ cao lanh không nung thành zê-ô-lit sáng chế sản xuất zê-ô-lit rẻ tiền, đáp ứng nhu cầu lớn Việt Nam, đặc biệt chưa có quốc gia nghĩ ý tưởng Cho đến nay, có khoảng 40 loại zê-ô-lit có sẵn tự nhiên khoảng 200 loại zê-ô-lit nhân tạo với nhiều tính chất ưu việt hơn: đồng thành phần, độ tinh khiết cao, độ bền học cao Gần đây, khám phá vật liệu xốp trung bình gây ý chúng có diện tích bề mặt riêng lớn, phân bố kích thước lỗ đồng bộ, kích thước lỗ lớn, khả ứng dụng cao xúc tác, tách hấp phụ Trong họ vật liệu xốp trung bình, vật liệu SBA-15 tổng hợp điều kiện a-xit cho kích thước lỗ lớn thành lỗ dày so với M41S Vật liệu xốp trung bình chứa sắt đặc biệt quan tâm đặc tính xúc tác độc chúng nhiều phản ứng khác nhau, chẳng hạn trình ô-xi hóa hy-đrôcac-bon, tách N O, giảm tính xúc tác lựa chọn NO N O có mặt hyđrô-cac-bon hay a-mô-ni-ac Trước nhu cầu cần tìm hiểu thêm vật liệu ngày sử dụng phổ biến zê-ô-lit sở báo cáo ứng dụng phương pháp hủy pô-si-trôn để nghiên cứu cấu trúc vật liệu zê-ô-lit hạn chế nước ta Tôi chọn đề tài luận văn: “Ứng dụng phương pháp hủy pô-si-trôn để nghiên cứu ảnh hưởng sắt cấu trúc vài vật liệu zê-ô-lit” Sản phẩm nghiên cứu tài liệu tham khảo khả ứng dụng phương pháp hủy pô-si-trôn để nghiên cứu cấu trúc vật liệu zê-ô-lit Mục tiêu tổng quát đề tài nghiên cứu cấu trúc vật liệu zê-ô-lit sở áp dụng phương pháp hủy pô-si-trôn Với mục tiêu tổng quát đó, mục tiêu cụ thể cần đạt được: hiểu biết tổng quan vật liệu zê-ô-lit; hiểu biết kỹ thuật hủy pô-si-trôn nghiên cứu vật liệu, đặc biệt phương pháp đo thời gian sống pô-si-trôn phương pháp đo độ dãn nở Đôp-le; hiểu biết kỹ thuật đo kỹ thuật phân tích phổ hủy pô-si-trôn chương trình LT-v9 để nghiên cứu cấu trúc vật chất; biết áp dụng phương pháp hủy pô-si-trôn để nghiên cứu ảnh hưởng sắt cấu trúc SBA-15 Nội dung luận văn trình bày gồm phần Chương 1: “Tổng quan vật liệu zê-ô-lit” Trong phần này, tác giả trình bày đặc điểm thành phần hóa học, đặc tính cấu trúc khung; phân loại; tính chất số ứng dụng; tổng hợp zê-ô-lit Vật liệu zê-ô-lit khám phá nhà khoáng vật học Thụy Điển A-xeo Fre-dric Crôn-tet (Axel Fredrik Cronstedt) vào năm 1756 Thuật ngữ “zeolite” dùng dựa từ Hi Lạp “zein” (nghĩa “sôi”) “lithos” (nghĩa “đá”) zê-ô-lit giải phóng nước đun nóng Zê-ô-lit phổ biến vật liệu khoáng vô chứa tinh thể A-lu-mi-nôsi-li-cat ngậm nước chứa ca-ti-ôn nhóm hay nhóm bảng hệ thống tuần hoàn Cấu trúc khung zê-ô-lit tạo thành từ liên kết nguyên tử si-lic (Si) nhôm (Al) với nguyên tử ô-xi (O), làm nên khối tứ diện AlO SiO Trong đó, nguyên tử Si (hoặc Al) nguyên tử O góc Các khối tứ diện góp chung góc cạnh, số lượng nguyên tử O gấp đôi tổng số lượng nguyên tử Si Al Vì Si có hóa trị nên tứ diện SiO trung hòa điện, Al có hóa trị nên tứ diện AlO có điện tích âm Các điện tích âm cân điện số lượng thích hợp ca-ti-ôn, phổ biến i-ôn kim loại kiềm kiềm thổ (Na+, K+, Ca2+, Mg2+…), i-ôn a-mô-ni bậc bốn Các vật liệu zê-ô-lit đặc trưng kênh lỗ rỗng phân bố theo nhiều chiều không gian Các kênh lỗ rỗng zê-ô-lit có kích thước thay đổi phạm vị hẹp chúng có cấu trúc tinh thể Đơn vị cấu trúc sơ cấp tứ diện nhôm ô-xi AlO si-lic ô-xi SiO , giống với loại zê-ô-lit Đơn vị cấu trúc thứ cấp gồm đơn vị cấu trúc sơ cấp kết nối lại với Việc lắp ghép khác tạo thành đơn vị cấu trúc thứ cấp khác Sự đa dạng cấu trúc zê-ô-lit phụ thuộc phần lớn vào cách thức đơn vị cấu trúc thứ cấp liên kết để tạo thành khối đa diện khác Các khối đa diện tiếp tục ghép với theo nhiều cách khác nhau, hình thành mạng lưới gồm kênh lỗ rỗng Cấu trúc zê-ôlit không quy định kiểu cấu trúc, mà phân bố ca-ti- ôn bù trừ điện tích (Na+, K+, Ca+, Ag+, Zn2+, Ga3+,…) phân tử (H O, CO, NH ,…) vị trí bên lỗ rỗng kênh Các đặc trưng thành phần hóa học, cấu trúc khung phân bố cati-ôn bù trừ điện tích quy định tính chất hóa học zê-ô-lit, nhờ đó, vật liệu xốp ứng dụng rộng rãi đời sống Tính chất trao đổi ca-ti-ôn zê-ô-lit ứng dụng công nghiệp sản xuất chất giặt rửa, xử lí ô nhiễm môi trường Trong lĩnh vực y tế, zê-ô-lit giúp sản xuất ô-xi từ không khí, làm chất mang dược phẩm nhờ vào khả hấp phụ nước chất phân cực Tính a-xit bề mặt, hoạt tính xúc tác tính chọn lọc hình dạng zê-ô-lit tạo đột phá công nghệ xúc tác, đặc biệt xúc tác crac-kinh Zê-ô-lit phân loại theo nhiều tiêu chí khác Trong luận văn, tác giả phân loại zê-ô-lit theo nguồn gốc; kích thước lỗ rỗng; chiều lỗ rỗng; thành phần hóa học Các loại zê-ô-lit nhân tạo khác quy định trực tiếp vào điều kiện tổng hợp chúng, vậy, mục “tổng hợp zê-ô-lit”, nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến kết tổng hợp Chương 2: “Tổng quan phương pháp hủy pô-si-trôn” Chương gồm tiểu mục chính: tạo thành hủy pô-si-trôn; lí thuyết phương pháp hủy pô-sitrôn; giới thiệu phần mềm phân tích phổ LT Ở tiểu mục “Sự tạo thành hủy pô-si-trôn”, tác giả giới thiệu đôi nét thuộc tính pô-si-trôn giống khác cặp vật chất - phản vật chất Tiếp theo, số nguồn tạo pô-si-trôn phổ biến ra, theo pôsi-trôn tạo từ phân rã hạt nhân đồng vị phóng xạ; từ hiệu ứng tạo cặp phô-tôn có lượng đủ lớn từ phản ứng hạt nhân Nguồn pô-si-trôn thông dụng nguồn đồng vị nguồn đồng vị 22 Na lí do: phân rã từ Na cho xác suất phát pô-si-trôn cao 90,4%; phát lượng tử 22 gam-ma 1,27 MeV gần đồng thời với pô-si-trôn (có lượng cực đại 540 keV), nhờ đo thời gian sống pô-si-trôn phổ kế gam-ma trùng phùng; việc tìm nguồn Na dễ dàng từ dung dịch muối Natri (chẳng hạn từ Na-tri-clo-rua Na-tri-a-xe-tat); thêm vào đó, chu kỳ bán rã dài 2,6 năm, giá hợp lí nên phù hợp với mục đích sử dụng phòng thí nghiệm Cuối cùng, tác giả đề cập đến “Tương tác pô-si-trôn với vật chất, hủy pô-si-trôn” Những tương tác pô-si-trôn với vật chất bao gồm : tán xạ ngược, mở kênh, nhiệt hóa, khuếch tán, bị bẫy bị hủy tinh thể Một pô-si-trôn gặp bề mặt vật rắn, bị tán xạ ngược trở lại, xuyên sâu vào mẫu Khi vào mẫu, pô-sitrôn nhanh chóng bị lượng nhiệt hóa, rối khuếch tán khắp tinh thể bị hủy Thời gian nhiệt hóa vài ps, nhỏ so với thời gian sống pô-si-trôn vật chất (từ vài trăm ps trở lên), nên hầu hết pô-si-trôn hủy pô-sitrôn nhiệt Sự hủy pô-si-trôn (e+) với ê-lec-trôn (e-) diễn trạng thái tự trạng thái liên kết pô-si-tron với ê-lec-trôn tạo thành pô-si-trô-nium Tùy vào định hướng spin e+ e- nhau, có hai trạng thái nguyên tử pô-si-trô-ni-um: trạng thái pa-ra-pô-si-trô-ni-um (p-Ps) (khi spin evà e+ ngược hướng) or-tho-pô-si-trô-ni-um (o-Ps) (khi spin e- e+ hướng) Thời gian sống chân không tương ứng chúng 0,125 ns 140 ns Tiết diện hủy thực tế diễn biến hủy tùy thuộc định hướng spin lẫn hạt thành phần tham gia hủy Chẳng hạn, pa-ra-pô-si-trô-ni-um xảy kèm theo phát xạ hai phô-tôn, or-tho-pô-si-trô-ni-um xảy kèm theo phát xạ ba phô-tôn Tiểu mục thứ hai: “Lí thuyết phương pháp hủy pô-si-trôn” Có ba phương pháp thực nghiệm ứng dụng cho hủy pô-si-trôn, phương pháp đo thời gian sống pô-si-trôn; phương pháp đo góc tương quan; phương pháp đo độ dãn nở Đôp-le Các phương pháp nguyên tắc sở xác định thuộc tính gam-ma phát trình hủy pô-si-trôn với ê-lec-trôn Pô-sitrôn xạ gam-ma sơ cấp 1,27 MeV sinh gần lúc (khoảng thời gian cách cỡ 10-11s) Do đó, khoảng thời gian thời điểm gam-ma 1,27 MeV phát (thời điểm pô-si-trôn vào môi trường) thời điểm hai gamma lượng 0,51 MeV sinh từ hủy pô-si-trôn (thời điểm pô-si-trôn biến mất) thời gian sống pô-si-trôn Như vậy, phương pháp đo chênh lệch tốc độ đếm lượng tử có lượng 1.27 MeV (bắt đầu đếm) lượng tử có lượng 0,51 MeV (kết thúc) gọi phương pháp đo thời gian sống pô-si-trôn Nếu khối tâm hệ e+-e- đứng yên, hai gam-ma hủy phát ngược chiều (góc hai hướng phát 1800) gam-ma có lượng khoảng 0,51 MeV Nhưng thực tế khối tâm hệ e+-e- không đứng yên, góc hai hướng bay hai gam-ma khác 1800 góc (trong hệ quy chiếu gắn với phòng thí nghiệm) lượng gam-ma hủy khác 0,51MeV giá trị góc gọi phương pháp đo góc tương quan phương pháp đo Phương pháp đo gọi phương pháp đo độ dãn nở Đôp-le Với phạm vi nghiên cứu đề tài, tác giả trình bày cụ thể phương pháp đo thời gian sống pô-si-trôn phương pháp đo độ dãn nở Đôp-le Đối với phương pháp, nguyên tắc thiết lập hệ đo; xử lí số liệu; ưu điểm hạn chế giới thiệu Tiểu mục thứ ba: “Giới thiệu phần mềm phân tích phổ LT” Trong phần này, tác giả trình bày: giới thiệu chung phần mền LT v9; định nghĩa số hạng sử dụng; mô hình lí thuyết Chương 3: “Ứng dụng phương pháp hủy pô-si-trôn để nghiên cứu ảnh hưởng sắt cấu trúc vật liệu SBA-15” Đây phần ứng dụng đề tài, gồm tiểu mục chính: đối tượng nghiên cứu; thiết lập hệ đo; kết đo thảo luận Đối tượng chọn để khảo sát vật liệu zê-ô-lit loại SBA-15 Fe-SBA-15 Ngoài thông tin khái quát cấu trúc lỗ rỗng phương thức tổng hợp, tác giả giới thiệu nét riêng hủy pô-si-trôn vật liệu xốp trung bình SBA-15, thời gian sống pô-si-trôn kéo dài từ 0,1 ns đến 135 ns Thêm vào đó, phân tích liệu thời gian sống đòi hỏi bốn thành, phân loại cách gần sau: thành phần sống ngắn ([...]... ta Tôi chọn đề tài luận văn: Ứng dụng phương pháp hủy pô- si- trôn để nghiên cứu ảnh hưởng của sắt trong cấu trúc một vài vật liệu zê- ô- lit Sản phẩm nghiên cứu được sẽ là tài liệu tham khảo về khả năng ứng dụng phương pháp hủy pô- si- trôn để nghiên cứu cấu trúc vật liệu zê- ô- lit Mục tiêu tổng quát của đề tài là nghiên cứu cấu trúc của vật liệu zê- ô- lit trên cơ sở áp dụng phương pháp hủy pô- si- trôn Với... quan về vật liệu zê- ô- lit; hiểu biết về các kỹ thuật hủy pô- si- trôn trong nghiên cứu vật liệu, đặc biệt là phương pháp đo thời gian sống của pô- si- trôn và phương pháp đo độ dãn nở Đôp-le; hiểu biết về kỹ thuật đo và kỹ thuật phân tích phổ hủy pô- si- trôn bằng chương trình LT-v9 để nghiên cứu cấu trúc vật chất; biết áp dụng phương pháp hủy pô- si- trôn để nghiên cứu ảnh hưởng của sắt trong cấu trúc SBA-15... xảy ra kèm theo sự phát xạ của hai phô-tôn, trong khi or-tho -pô- si- trô-ni-um chỉ xảy ra kèm theo sự phát xạ ba phô-tôn Tiểu mục thứ hai: “Lí thuyết về phương pháp hủy pô- si- trôn Có ba phương pháp thực nghiệm cơ bản được ứng dụng cho sự hủy pô- si- trôn, đó là phương pháp đo thời gian sống của pô- si- trôn; phương pháp đo góc tương quan; phương pháp đo độ dãn nở Đôp-le Các phương pháp này về nguyên tắc đều... tán trong khắp tinh thể cho đến khi bị hủy Thời gian nhiệt hóa chỉ vài ps, rất nhỏ so với thời gian sống của pô- si- trôn trong vật chất (từ vài trăm ps trở lên), nên hầu hết pô- si- trôn hủy là pô- sitrôn nhiệt Sự hủy của pô- si- trôn (e+) với ê-lec -trôn (e-) có thể diễn ra ở trạng thái tự do hoặc trạng thái liên kết giữa pô- si- tron cùng với ê-lec -trôn tạo thành pô- si- trô-nium Tùy vào sự định hướng spin của. .. mục đích sử dụng trong phòng thí nghiệm Cuối cùng, tác giả đề cập đến “Tương tác của pô- si- trôn với vật chất, sự hủy pô- si- trôn Những tương tác cơ bản của pô- si- trôn với vật chất bao gồm : tán xạ ngược, mở kênh, nhiệt hóa, khuếch tán, bị bẫy và bị hủy trong tinh thể Một pô- si- trôn khi gặp bề mặt của vật rắn, có thể bị tán xạ ngược trở lại, hoặc xuyên sâu vào mẫu Khi vào trong mẫu, pô- sitrôn nhanh chóng... tính của các gam-ma phát ra trong quá trình hủy của pô- si- trôn với ê-lec -trôn Pô- sitrôn và bức xạ gam-ma sơ cấp 1,27 MeV được sinh ra gần như cùng lúc (khoảng thời gian cách nhau chỉ cỡ 10-11s) Do đó, khoảng thời gian giữa thời điểm gam-ma 1,27 MeV phát ra (thời điểm pô- si- trôn đi vào môi trường) và thời điểm một trong hai gamma năng lượng 0,51 MeV sinh ra từ sự hủy pô- si- trôn (thời điểm pô- si- trôn biến... bên ngoài của tinh thể zê- ô- lit Các kết quả đo thời gian sống và độ dãn nở Đôp-le nhằm đánh giá ảnh hưởng của sắt trong cấu trúc vật liệu zê- ô- lit SBA15 đã được trình bày trong phần “Kết quả đo và thảo luận” Kết quả cho thấy sự hiện diện của i-ôn sắt có thể làm dập tắt hoặc kiềm chế sự tạo thành và hủy or-tho -pô- sitrô-ni-um trong cấu trúc Fe-SBA-15 Ngoài ra, các phương pháp phổ kế hủy pô- si- trôn tỏ ra... hủy pô- si- trôn , đầu tiên tác giả giới thiệu đôi nét về thuộc tính của pô- si- trôn cũng như sự giống và khác nhau của cặp vật chất - phản vật chất này Tiếp theo, một số nguồn tạo pô- si- trôn phổ biến được chỉ ra, theo đó p si- trôn có thể được tạo ra từ sự phân rã hạt nhân của các đồng vị phóng xạ; từ hiệu ứng tạo cặp đối với các phô-tôn có năng lượng đủ lớn hoặc từ các phản ứng hạt nhân Nguồn pô- si- trôn. .. 1.1.2 Cấu trúc khung của zê- ô- lit 1.1.2.1 Các đơn vị cấu trúc trong tinh thể zê- ô- lit Các vật liệu zê- ô- lit được đặc trưng bởi các kênh và lỗ rỗng phân bố theo nhiều chiều trong không gian Các kênh và lỗ rỗng của zê- ô- lit có kích thước thay đổi trong một phạm vị hẹp bởi vì chúng có cấu trúc tinh thể Đơn vị cấu trúc sơ cấp (primary building unit): là các tứ diện nhôm ô- xi AlO 4 và si- lic ô- xi SiO 4... độc nhất của chúng đối với nhiều phản ứng khác nhau, chẳng hạn như quá trình ô- xi hóa hy-đrôcac-bon, sự tách N 2 O, sự giảm tính xúc tác lựa chọn của NO và N 2 O khi có mặt hyđrô-cac-bon hay a-mô-ni-ac Trước nhu cầu cần tìm hiểu thêm về vật liệu ngày càng được sử dụng phổ biến zê- ô- lit và trên cơ sở những báo cáo về ứng dụng phương pháp hủy pô- si- trôn để nghiên cứu cấu trúc vật liệu zê- ô- lit vẫn còn