Bài giảng Phương pháp Debye – Scherrer

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Thêm vào BST

Báo xấu

167
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Phương pháp Debye – Scherrer tập trung làm rõ về các phương pháp ghi nhận các vết nhiễu xạ như chụp phim và nhiễu xạ kế,... Đây là tài liệu hữu ích dành cho các bạn chuyên ngành Vật lý và những ngành có liên quan.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phương pháp Debye – Scherrer

Phương pháp Debye – Scherrer
Chùm nhiễu xạ Mẫu đa tinh thể Chùm Mẫu bột tia tới Mẫu gồm nhiều rất nhiều tinh thể con định hướng hỗn loạn Với mỗi góc nhiễu xạ có thể có các tinh thể định hướng đúng theo góc phản xạ Bragg. Ưu điểm : dễ chuẩn bị mẫu hơn đơn tinh thể Phản xạ từ tất cả các pha hiện diện trong mẫu. Nhược điểm : Đoán nhận cấu trúc khó hơn và kém chắc chắn hơn.
Mẫu nghiên cứu ( đa tinh thể hoặc bột ) gồm nhiều hạt tinh thể nhỏ ( < 10-2 mm) định hướng hỗn loạn trong không gian. Do sự định hướng tùy ý của các tinh thể nhỏ và số tinh thể đó rất lớn, nên mạng đảo của đa tinh thể là một loạt các hình cầu Sự quay của một nút mạng đảo Ghkl đồng tâm với bán kính đặc quanh gốc tạo ra một mặt cầu lớn. Mặt trưng cho tất cả các giá trị có thể cầu nhỏ là mặt cầu Ewald được xác định bởi vectơ sóng tới k0. Điều kiện nhiễu xạ của các vectơ mạng đảo (mạng Dk=G được thỏa mãn trên đường tròn đảo có thể quay quanh gốc giao tuyến của 2 mặt cầu. Bán kính của theo mọi chiều.) đường tròn phụ thuộc vào hkl . Kết quả các tia nhiễu xạ thuộc một họ mặt hkl nằm trên một mặt nón.
Cho tia tới đi đến tâm chung của các hình cầu đó, được lấy làm gốc của mạng đảo đa tinh thể . Vẽ hình cầu Ewald có tâm cách tâm đó một đoạn bằng 2p/l . Mặt cầu Ewald sẽ cắt các mặt cầu của mạng đảo theo các đường tròn. Từ đây có thể thấy các tia nhiễu xạ nằm trên các mặt nón có trục là tia tới và góc đỉnh của chúng bằng 4qi Số mặt nón là hữu hạn vì hình cầu Ewald chỉ cắt các mặt cầu của mạng Tia X tới   đảo có bán kính |Gi| < 2p/l , tương Cầu Ewald ứng với điều kiện di > 2/l. Giảm bước sóng của tia X tới ( dẫn đến tăng bán kính của mặt cầu Ewald ) sẽ làm tăng các điểm cắt và do đó tăng số vạch nhiễu xạ.
 Chụp phim  Nhiễu xạ kế
Chụp phim Nếu mẫu gồm nhiều tinh thể định hướng hỗn loạn, các chùm tia nhiễu xạ nằm trên mặt của một số mặt nón . Các mặt nón đó có thể hướng theo mọi chiều về phía trước hoặc về phía sau. Phim được lắp theo đường tròn . Giao tuyến của mỗi mặt nón với phim cho các đường nhiễu xạ dưới dạng các cung tròn.
Nhiễu xạ kế ( Diffractometer) Bộ đếm xung Tia X cũng như tia  có khả năng ion Bộ phân liệt hóa các chất khí, tạo ra các ion định dạng xung dương và electron tự do với số lượng tỷ lệ với cường độ tia hấp thụ. Nếu Kđại dãi rộng Tự ghi các hạt mang điện này xuất hiện q trong điện trường , chúng sẽ tạo ra Bộ đo tốc độ tạo xung các xung điện. Để phát hiện các xung người ta dùng các ống đếm. Đếm số xung xuất hiện trong ống Oáng đếm đếm, có thể đánh giá cường độ của tia X. Bộ điều khiển quay mẫu và ống đếm Khác với phương pháp chụp ảnh, trong nhiễu xạ kế , mẫu và ống đếm đều được quay. Chúng được lắp trên một giác kế có cấu tạo sao cho mẫu Nguồn nuôi ổn định đo và ống đếm quay đồng thời với tốc độ quay theo tỷ lệ 1 : 2.
Nhiễu xạ kế ( Diffractometer) Bộ phận cơ khí
Nhiễu xạ kế Bố trí của Bragg - Bretano
Có hai chế độ ghi phổ : 1. Chế độ ghi liên tục được dùng với tốc độ quay chậm và hằng số thời gian RC nhỏ. 2. Chế độ ghi gián đoạn . Có thể ghi theo một trong hai cách sau : * đo số xung trong một khoảng thời gian xác định rồi quay lên một bước • * đo thời gian cần để thu nhận một số xung xác định rồi cho quay lên một bước. Cách làm sau chính xác hơn với sai số tỷ lệ với (n)1/2. Trong cách 1 sai số lớn đặc biệt là với các nhiễu xạ yếu.
Diffractogram Đồ thị biểu diễn cường độ nhiễu xạ theo góc nhiễu xạ 2θ Cường độ I được Tinh thể biểu thị bằng hàm hoàn hảo delta Tinh thể không hoàn Các đỉnh mở rộng hảo Chất lỏng hay I là một hàm liên tục thủy tinh biến thiên chậm .
Diffractogram
Cường độ 2q ( độ)
Đồng nhất ảnh nhiễu xạ tia X Xác định hệ tinh thể Một căn cứ : số vạch nhiễu xạ . Khoảng cách trên phim Tinh thể có đối xứng càng thấp càng có nhiều khoảng cách giữa các mặt nguyên tử và do đó càng có nhiều vạch nhiễu xạ. Hình bên minh họa cho điều đó : Aûnh hưởng của sự biến dạng của ô đơn vị lên ảnh nhiễu xạ bột. Các đường không thay đổi vị trí được nối bởi các đường chấm chấm
Xác định kiểu mạng tinh thể và các hằng số a1, a2, a3 và , ,  của ô Từ công thức Bragg 1 2 sin qhkl  d hkl l biết qhkl ( từ các đường nhiễu xạ trên phim, các đỉnh phổ ) và l có thể tính giá trị thực nghiệm của dhkl . Mặt khác, từ tính toán, tổng quát 1 2 + Bk2 + Cl2 + Dhk + Ekl + F lh = Ah d 2hkl 6 hằng số A, B, C, D, E và F là các hàm của a1, a2, a3 và , ,  còn h, k, l là các chỉ số của mặt nhiễu xạ. Như vậy, phải xác định 6 hằng số A, B, C, D, E và F sao cho tất cả các giá trị thực nghiệm thỏa mãn công thức trên với hkl là các số nguyên. Khi đã biết 6 hằng số đó có thể suy ra các hằng số cần thiết của mạng tinh thể. Xét bài toán trong trường hợp tổng quát rất phức tạp. Vì vậy, sau đây ta chỉ xét một vài trường hợp riêng với các hệ tinh thể có tính đối xứng cao.
Đồng nhất ảnh nhiễu xạ tia X HỆ LẬP PHƯƠNG : Trên phim chụp các tinh thể thuộc hệ lập phương, theo lý thuyết , chỉ có thể xuất hiện các vạch có chỉ số Miller cho ở Bảng sau . h2+k2+l2 P I F h2+k2+l2 P I F 1 (001) --- --- 16 (004) (004) (004) 2 (011) (011) --- 17 (014),(223) --- --- 3 (111) --- (111) 18 (033),(114) (033),(114) --- 4 (002) (002) (002) 19 (133) --- (133) 5 (012) --- --- 20 (204) (204) (204) 6 (112) (112) --- 21 (214) --- --- 8 (022) (022) (022) 22 (323) (323) --- 9 (122), (003 --- --- 24 (224) (224) (224) 10 (013) (013) --- 25 (034),(005) --- --- 11 (113) --- (113) 26 (314),(015) (015),(314) --- 12 (222) (222) (222) 27 (333),(115) --- (333),(115) 13 (023) --- --- 29 (520),(432) --- --- 14 (213) (213) --- 30 (521) (521) ---
Hệ lập phương : a l l 2 2 2 d hkl  sinq hkl =  h  k  l 2 2 2 h k l 2d 2a Với bước sóng l xác định, lập các tỷ số của các sin2q sin 2 q i h i2  k i2  l i2  2 sin q1 h 1  k 12  l12 2 Lập phương I : sin 2 q i 2 = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, … sin q1 Lập phương F : sin 2 q i 2 = 1, 4/3, 8/3, 11/3, 4, 16/3, 19/3, 20/2, 8,9, … sin q1