Phöông phaùp Debye – Scherrer

( phương phap bôt)

HVTH: NGUYÊN THI PHƯƠNG ANH

• Học liệu mở tiếng Việt:http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html

CAC PHƯƠNG PHAP ĐOAN NHÂN VÊT NHIÊU XA

Chup phim Nhiêu xa kê

Nêu một chùm tia X đơn sắc đên một đơn tinh thê thi chi co một hoăc hai nhiêu xa.

Nêu mẫu bao gồm nhiêu tinh thê định hướng hôn loan , các tia nhiêu xa nằm trên bê măt của một số non. Các non co thê hướng theo moi chiêu, phia trước hoăc phia sau

. Một mẫu của một số hàng trăm tinh thê (tức là một mẫu bột) cho thấy các măt non là liên tục. Một phim vong tron được sử dụng đê ghi lai các mẫu nhiêu xa như được hiên thị. Môi non cắt bộ phim đem lai cho dong nhiêu xa. Các dong được coi là vong cung trên phim.

-W là khoảng cách giữa điểm vào và ra của tia tới ứng với góc 1800.

- ta đo đoạn S1 ứng với góc 2θ

- Theo định luật Bragg: nλ = 2d sinθ

Ta được:

)(4

sin

2

2222

22

222

1

lkha

lkh

ad

WS

hkl

Keát hôïp vôùi söï thieáu caùc vaïch nhieãu xaï ôû caùc loaïi maïng laäp phöông khaùc nhau, töø aûnh nhieãu xaï coù theå ñoaùn nhaän tinh theå thuoäc caáu truùc naøoMaïng laäp phöông P : caùc vaïch nhieãu xaï töông öùng vôùi s = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10,... Maïng laäp phöông I : s = 2, 4, 6, 8, 10,... Maïng laäp phöông F : s = 3, 4, 8, 11, 12, 16..

Treân phim chuïp caùc tinh theå thuoäc heä laäp phöông, theo lyù thuyeát , chæ coù theå xuaát hieän caùc vaïch coù chæ soá Miller cho ôû Baûng sau .

h2+k2+l2 P I F h2+k2+l2

P I F

12345689

1011121314 

(001)(011)(111)(002)(012)(112)(022)(122), (003(013)(113)(222)(023)(213)

---(011)---(002)---(112)(022)---(013)---(222)---(213)

------(111)(002)------(022)------(113)(222)------ 

16171819202122242526272930 

(004)(014),(223)(033),(114)(133)(204)(214)(323)(224)(034),(005)(314),(015)(333),(115)(520),(432)(521)

(004)---(033),(114)---(204)---(323)(224)---(015),(314)------(521)

(004)------(133)(204)------(224)------(333),(115)------ 

HEÄ LAÄP PHÖÔNG :

Soa nguyeân töû trong moät oâ ñôn vòKhi ñaõ ñoàng nhaát ñöôïc oâ ñôn vò , coù theå

tính theå tích cuûa noù.Toång khoái löôïng cuûa caùc nguyeân töû coù trong oâ

– khoái löôïng rieâng (g/cm3) vaø V tính baèng (A0 )3 . o Neáu tinh theå chæ goàm 1 loaïi nguyeân töû vôùi khoái löôïng nguyeân töû A thì soá nguyeân töû trong oâ ñôn vò n = (A)/Ao Neáu tinh theå laø moät hôïp chaát vôùi khoái löôïng phaân töû M, thì soá phaân töû trong 1 oâ baèng n = (A)/M.

Boä ñeám xung

Boä phaân lieätñònh daïng xung

Kñaïi daõi roäng

Boä ño toác ñoä taïo xung

Töï ghi

Nguoàn nuoâi oån ñònh

Oáng ñeám

Boä ñieàu khieån quay maãu vaø oáng ñeám

Nhieãu xaï kea ( Diffractometer)Tia X cuõng nhö tia coù khaû naêng ion hoùa caùc chaát khí, taïo ra caùc ion döông vaø electron töï do vôùi soá löôïng tyû leä vôùi cöôøng ñoä tia haáp thuï. Neáu caùc haït mang ñieän naøy xuaát hieän trong ñieän tröôøng , chuùng seõ taïo ra caùc xung ñieän. Ñeå phaùt hieän caùc xung ngöôøi ta duøng caùc oáng ñeám. Ñeám soá xung xuaát hieän trong oáng ñeám, coù theå ñaùnh giaù cöôøng ñoä cuûa tia X.Khaùc vôùi phöông phaùp chuïp aûnh, trong nhieãu xaï keá , maãu vaø oáng ñeám ñeàu ñöôïc quay. Chuùng ñöôïc laép treân moät giaùc keá coù caáu taïo sao cho maãu ño vaø oáng ñeám quay ñoàng thôøi vôùi toác ñoä quay theo tyû leä 1 : 2.

Nhieãu xaï kea

Boa trí cuûa Bragg - Bretano

Coù hai chea ñoä ghi phoå :1. Cheá ñoä ghi lieân tuïc ñöôïc duøng vôùi toác

ñoä quay chaäm vaø haèng soá thôøi gian RC nhoû.

2. Cheá ñoä ghi giaùn ñoaïn . Coù theå ghi theo moät trong hai caùch sau :

* ño soá xung trong moät khoaûng thôøi gian xaùc ñònh roài quay leân moät böôùc

• * ño thôøi gian caàn ñeå thu nhaän moät soá xung xaùc ñònh roài cho quay leân moät böôùc. Caùch laøm sau chính xaùc hôn vôùi sai soá tyû leä vôùi (n)1/2. Trong caùch 1 sai soá lôùn ñaëc bieät laø vôùi caùc nhieãu xaï yeáu.

Cöôøng ñoä I ñöôïc bieåu thò baèng haøm delta

Diffractogram

Caùc ñænh môû roäng

I laø moät haøm lieân tuïc bieán thieân chaäm .

Chaat loûng hay thuûy tinh

Tinh theå hoaøn haûo

Tinh theå khoâng hoaøn haûo

Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä nhieãu xaï theo goùc nhieãu xaï 2θ

Đặc tính Thông tin thu được

Vị tri đinh (2θ)Kich thước ô cơ ban và tinh đối xứng.

Đô mở rông của đinh phôSự hiện diện của một tap chất tinh thê

Chiêu rông của đinh phô Kich thước hạt

Cường đô cao điểm Dao đông nhiệt của nguyên tư

Peak Shapes lôi, khuyêt tật trong mang tinh thê

Diffractogram

2 ( ñoä)

Cöôø

ng

ñoä

t = ñoä daøy cuûa tinh theå conK = haèng soá phuï thuoäc vaøo daïng cuûa tinh

theå con (0,89) = böôùc soùng tia XB = goùc Bragg

Coâng thöùc Scherrer

Bcos.B.Kt

BM: ñoä roäng cuûa vaïch ôû nöûa ñoä cao ( radians)BS: ñoä roäng töông öùng cuûa vaät lieäu khoái chuaån ( kích thöôùc haït lôùn >200 nm)Coù theå aùp duïng cho kích thöôùc tinh theå 5-50 nm.

Tính toaùn chính xaùc hôn cho phöông trình

B = (21 -22 ) / 2 = 1 -2 .

Caùc tia nhieãu xaï döôùi goùc naèm giöõa 1 vaø 2 coù cöôøng ñoä khaùc 0 neân chuøm nhieãu xaï coù ñoä roäng B ôû nöûa ñoä cao cuûa vaïch :

Cöô ø

ng ñ

o ä

Cöôø

n g ñ

oä

Ñoä roäng cuûa vaïch nhieãu xaï do soá maët tinh theå 2n ( ñoä daøy / kích thöôùc cuûa tinh theå ) quy ñònh

Ví duï minh hoïa

Au Foil

98.25 (400)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

95 95.5 96 96.5 97 97.5 98 98.5 99 99.5 100 100.5 101 101.5 102

2 Theta

Cou

nts

Bcos.B.,t890

B = (98,3 – 98,2)*π/180 = 0.00174t = 0,89*λ / (B cos θB)λ = 1,54 Ǻ = 0,89*1,54 Ǻ / ( 0,00174 * cos (98,25 / 2 ) )

= 1200 Ǻ

Ví duï minh hoïa

Phöông phaùp Debye-Scherrer laø kyõ thuaät maïnh nhaát ñeå nghieân cöùu caáu truùc cuûa chaát raén ña tinh theå.

Phaân tích ñònh tính : ñoàng nhaát pha vaø ñoä saïch cuûa maãu. Phaân tích ñònh löôïng : Xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa oâ ñôn vò Phaân tích thaønh phaàn cuûa caùc pha Phaân tích caau truùc : maïng tinh theå

Haèng soá maïng,Phöông phaùp Rietveld

Phaân tích ñoä roäng vaø daïng cuûa vaïch nhieãu xaï : Kích thöôùc cuûa tinh theå vi bieán daïng ( micro strain ) Noàng ñoä sai hoûng môû roängTöø ñoä bieán daïng coù theå suy öùng suaát dö neáu bieát caùc haèng soà ñaøn hoài cuûa vaät lieäu.

ÖÙng duïng cuûa phöông phaùp Debye - Scherrer

Haïn chea cuûa phöông phaùp boät Taäp 3D cuûa caùc veát nhieãu xaï thu ñöôïc töø thí nghieäm treân ñôn tinh theå ñöôïc taäp trung thaønh hình aûnh 1D trong phöông phaùp Debye-Scherrer . Ñieàu naøy daãn ñeán söï choàng chaát ngaãu nhieân vaø chính xaùc caùc vaïch laøm cho vieäc xaùc ñònh cöôøng ñoä cuûa caùc vaïch trôû neân phöùc taïp. Söï ñoái xöùng cuûa tinh theå khoâng thaáy ñöôïc tröïc tieáp töø aûnh nhieãu xaï. Caùc hoãn hôïp ña pha coù theå gaëp khoù khaên. Ñònh höôùng öu tieân coù theå daãn ñeán vieäc xaùc ñònh cöôøng ñoä cuûa caùc vaïch khoâng chính xaùc .