Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
4 Nghiên cứu các tính chất vật lý:

4 Nghiên cứu các tính chất vật lý:

Tải bản đầy đủ - 0trang

Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



của mạng tinh thể khi thỏa mãn định luật Bragg : 2d.sinθ = nλ ( trong đó: d là

khoảng cách giữa các mặt nguyên tử phản xạ, θ là góc phản xạ, λ là bước sóng tia X

và n là số bậc phản xạ). Sơ đồ nguyên lý của phép đo nhiễu xạ tia X sử dụng

phương pháp bột (phương pháp Debye-Scherrer) được thể hiện trên hình 13



Hình 2.4. Ngun lý nhiễu xạ và mơ hình máy đo phổ

nhiễu xạ tia X (XRD) [3]



Tia X từ ống phóng tia đi tới mẫu với góc tới θ, tia nhiễu xạ đi ra khỏi mẫu sẽ

tới đầu thu bức xạ (detector) cũng đặt ở góc θ. Tập hợp các cực đại nhiễu xạ thỏa

mãn định luật Bragg dưới các góc 2θ khác nhau cho ta phổ nhiễu xạ tia X.

Trên số mạng của mẫu. Sau khi có được số liệu từ phổ tia X, ta tìm một phổ

chuẩn đồng nhất về cấu trúc phổ với mẫu vừa chế tạo. Dựa vào phổ chuẩn ta có thể

xác định được cấu trúc và hằng số mạng của mẫu. Để xác định được hằng số mạng

từ phổ đo đượccơ sở đó, chúng tơi phân tích định tính các đặc trưng về cấu trúc tinh

thể, hằng, ta xác định khoảng cách giữa các mặt mạng đặc trưng của mẫu chế tạo

được xác định từ kết quả ảnh nhiễu xạ tia X. Từ đó, dựa vào mối liên kết giữa các

thơng số d, (hkl), (a, b, c) trong loại tinh thể đặc trưng ta có thể tính được hằng số

mạng a, b, c của mẫu chế tạo.



26



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



Hình 2.5. Máy nhiễu xạ tia X tại Trung tâm Khoa học

Vật liệu, Khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự Nhiên

Giản đồ tia X được ghi trên máy D5005 của hãng Siemens tại Trung tâm

Khoa học Vật liệu, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên.Chế độ làm việc

của ống tia X là: điện thế 35mV; sử dụng bức xạ Cu-Kα1 có bước sóng là 1,54056Å,

được đo tại nhiệt độ phòng 25○C.

-



Chế độ đo : θ/2θ



-



Mơ tơ đo với bước đo: 0.03○



-



Thời gian dừng ở mỗi bước là: 1s



Chuẩn bị mẫu:

Mẫu dạng dung dịch, được lấy ra bằng Pipet nhỏ từng giọt một lên lamen, để

ở máy khuấy từ gia nhiệt ở nấc 1. Đợi đến khi nước bay hơi hết lại tiếp tục nhỏ tiếp

vào, cứ làm như thế đến khi thấy mẫu đủ dày. Sau đó mang đi chụp nhiễu xạ tia X.



27



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



2.4.2 Nghiên cứu hình thái học bằng kính hiển vi điện tử truyền qua TEM

(Tranmission electron microscope):

Để thêm cách nhìn tồn diện về hình thái và cấu trúc của vật liệu được tạo thành.

Bên cạnh phổ X-ray cho ta kết quả về cấu trúc tinh thể, ảnh hiển vi điện tử truyền

qua TEM cho kết quả khá rõ về hình thái của vật liệu.

Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc

vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng

và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu

lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận

bằng các máy chụp kỹ thuật số.

Ảnh TEM được tạo theo các cơ chế quang học, nhưng tính chất ảnh tùy thuộc

vào từng chế độ ghi ảnh. Điểm khác cơ bản của ảnh TEM so với ảnh quang học là

độ tương phản khác so với ảnh trong kính hiển vi quang học và các loại kính hiển vi

khác. Nếu như ảnh trong kính hiển vi quang học có độ tương phản chủ yếu đem lại

do hiệu ứng hấp thụ ánh sáng thì độ tương phản của ảnh TEM lại chủ yếu xuất phát

từ khả năng tán xạ điện tử.

Trong TEM, điện tử được sử dụng thay cho ánh sáng (trong kính hiển vi

quang học). Điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử.Sau khi thốt ra khỏi catốt,

điện tử di truyển đến anốt rỗng và được tăng tốc dưới thế tăng tốc V (một thông số

quan trọng của TEM). Lúc đó, điện tử sẽ thu được một động năng:



Và xung lượng p sẽ được cho bởi cơng thức:



p m0 .v  2m0 .e.V

Như vậy, bước sóng của điện tử quan hệ với thế tăng tốc V theo cơng thức:



28



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



Hình 2.6. Sơ đồ cơ chế tạo ảnh TEM

bởi chùm tia điện tử.

Với thế tăng tốc V = 100 kV, ta có bước sóng điện tử là 0,00386 nm. Nhưng

với thế tăng tốc cỡ 200 kV trở nên, vận tốc của điện tử trở nên đáng kể so với vận

tốc ánh sáng, và khối lượng của điện tử thay đổi đáng kể, do đó phải tính theo cơng

thức tổng qt (có hiệu ứng tương đối tính):



Xét trên nguyên lý, ảnh của TEM vẫn được tạo theo các cơ chế quang học,

nhưng tính chất ảnh tùy thuộc vào từng chế độ ghi ảnh. Điểm khác cơ bản của ảnh

TEM so với ảnh quang học là độ tương phản khác so với ảnh trong kính hiển vi

quang học và các loại kính hiển vi khác. Nếu như ảnh trong kính hiển vi quang học

có độ tương phản chủ yếu đem lại do hiệu ứng hấp thụ ánh sáng thì độ tương phản

của ảnh TEM lại chủ yếu xuất phát từ khả năng tán xạ điện tử.

2.4.3 Phổ hấp thụ quang học (UV-Vis)



29



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



Phép đo hấp thụ quang học dựa trên cơ sở định Luật Beer-Lambert. Nội dug

định luật như sau: Sóng điện từ cường độ I0 tới một cuvette dày l đựng chất lỏng

nồng độ C. Sau khi đi ra khỏi cuvette sóng điện từ có cường độ I1. Mối liên hệ giữa

I1 vàI0 được mơ tả bởi phương trình :



A log10 (



I0

) I Cl

I1



Trong đó ε là độ hấp thụ mol. Phương pháp đo UV-Vis cho phép ta ghi phổ

và đọc được các giá trị hấp thụ tại bước sóng bất kỳ. Ưu điểm của phương pháp này

là phân tích các đơn chất đơn giản, nhanh chóng, có độ nhạy cao.

Trong phép đo này, một chùm sáng được phát ra từ nguồn sáng, ví dụ là đèn

phát sáng trong vùng UV hoặc phát sáng trong vùng nhìn thấy (Vis), được đưa qua

hệ máy đơn sắc sẽ được tách ra thành cách bước sóng đơn sắc. Mỗi tia sáng này sẽ

chia thành hai tia sáng để so sánh, có cường độ như nhau nhờ một gương phản xạ

bán phần. Một trong hai tia sáng trên truyền qua một cuvette bằng thạch anh, chứa

dung dịch cần nghiên cứu, cường độ của tia sáng sau khi truyền qua mẫu làI1. Tia

còn lại (tia so sánh) sau khi truyền qua một cuvette tương tự chỉ chứa dung mơi

(nước cất) sẽ có cường độ I0. Cường độ của các tia sáng sau đó được các detector

ghi lại và so sánh trực tiếp trong cùng điều kiện cần đo. Nếu mẫu không hấp thụ ánh

sáng đã cho thì I1= I0. Tuy nhiên, nếu hấp thụ ánh sáng thì I1
vẽ dưới dạng phổ truyền qua T(ν) =I1(ν)/I0(ν) hoặc phổ hấp thụ A(ν) = log10[I1(ν)/

I0(ν)]. Các mẫu tạo được đã được đo bằng máy UV-2450PC tại Trung tâm Khoa học

Vật liệu – khoa Vật lý – trường Đại học Khoa học Tự nhiên.

2.4.4 SERS – Tán xạ Raman tăng cường bề mặt

Trong ứng dụng nhận biết phổ đặc trưng của các hạt nano bạc đã chức năng

hóa với nhóm amin. Dưới tác dụng của chùm laser có bước sóng 875 nm, chất hấp

thụ (4-ATP) trên bề mặt hạt nano bạc dao động cộng hưởng làm cho tán xạ Raman

có cường độ tăng từ 10 5 đến 106 lần. Tín hiệu này dùng để nhận biết sự có mặt của

hạt nano Ag 4-ATP.

Các mẫu đo Raman đều được đặt trên các phiến larmen kính có kích thước 3

cm × 3 cm. Dung dịch ướt được để cho đến khơ có dạng keo trước khi đặt vào



30



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



không gian để mẫu. Chùm laser tới có bước sóng 875 nm thơng qua hệ thống phản

xạ và hệ thấu kính đồng tụ được hội tụ trên bề mặt của mẫu. Điểm hội tụ của laser

có kích thước tới hạn là 1 μm × 1 μm và có thể thay đổi cơng suất thơng qua chương

trình điều khiển, và kính lọc cường độ.

Mẫu tiếp nhận chùm laser tới tán xạ Raman, thông qua hệ thống tạo song

song M (monochromator) để có tín hiệu phát xạ song song hướng tới hệ thống đo

SP (Hình 16). Hệ thống đo sau khi hội tụ chùm tia tán xạ bởi thấu kính CL, thơng

qua hệ thống gương phản xạ (grid) để đưa ra phân bố phổ và đưa tín hiệu tới một

CCD camera. Từ phân bố phổ này, cùng với tính tốn đối xứng dịch vùng, chương

trình cài đặt sẵn sẽ đưa ra kết quả phổ Raman của mẫu. Tán xạ Raman tăng cường

bề mặt cũng được đo trên hệ này.



Hình 2.7. Mơ tả hoạt động của máy đo SERS.



2.4.5 Khảo sát tính chất từ bằng hệ VMS-PPMS

Các đường cong tính chất từ của các mẫu đã được đo bằng thiết bị từ kế mẫu

rung VSM (Vibrating Sample Magnetometer) trong hệ PPMS (Physical Properties

Measurement System) với từ trường cực đại là 9T tại TTKHVL. Thiết bị từ kế mẫu

rung VSM là một thiết bị dùng để xác định mô men từ của mẫu. Nguyên lý hoạt

động của thiết bị này dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ. Bằng cách thay

đổi vị trí tương đối của mẫu có mơ men từ M với cuộn dây thu, từ thông qua tiết

diện ngang của cuộn dây sẽ thay đổi theo thời gian làm xuất hiện trong nó một suất

điện động cảm ứng. Các tín hiệu đo được (tỷ lệ với M) sẽ được chuyển sang giá trị

của đại lượng từ cần đo bằng một hệ số chuẩn của hệ đo.



31



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



Để thực hiện được phép đo này, mẫu được rung với tần số xác định trong

vùng từ trường đồng nhất của một nam siêu dẫn. Từ trường này sẽ từ hoá mẫu và

khi mẫu rung sẽ tạo ra hiệu điện thế cảm ứng trên cuộn dây thu tín hiệu. Tín hiệu

được thu nhận, khuếch đại rồi được xử lý trên máy tính và cho ta biết giá trị từ độ

của mẫu.



Hình 2.8. Hệ đo PPMS

III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN



1. Hạt nano ơ xít sắt từ (Fe3O4)

1.1. Hình thái và cấu trúc

1.1.1.

Cấu trúc

Mẫu hạt nano Fe3O4 sau khi lọc rửa bằng phương pháp tách từ nhiều lần trong

nước cất hai lần được sấy khô và đo phổ nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc tinh

thể. Hình 3.1 thể hiện phổ nhiễu xạ tia X của mẫu thu được.



32



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Fe3O4



Có thể nhận thấy so với phổ nhiễu xạ chuẩn các đỉnh nhiễu xạ đều khá rõ ràng

với các góc Brag là 30,2o, 35,3o, 43,2o, 53,2o và 57,2o ứng với các mặt nhiễu xạ lần

lượt là: (220), (311), (400), (422), (511). Kết quả nhiễu xạ tia X cho thấy hạt nano

Fe3O4 đã được tổng hợp [25].

Dựa vào công thức Brag:

2d sin  n



Trong đó d, θ,λ lần lượt là khoảng cách giữa các mặt tinh thể có quan hệ với

hằng số mạng tùy thuộc vào từng loại tinh thể, góc nhiễu xạ và bước sóng của tia X.

Bước sóng của tia phụ thuộc vào cathode được sử dụng trong máy. Ở đây cathode

được sử dụng là đồng (Cu) nên bước sóng của tia X là λ = 1,54056 Ǻ.

Với mạng lập phương tâm mặt ta có các mặt nhiễu xạ đọc được có các chỉ số

Miller (h,k,l) lần lượt là :(220), (311), (400), (422), (511). Các chỉ số này tỉ lệ với

khoảng cách các mặt tinh thể theo công thức sau:

d



a

2



h  k 2  l2



Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của khoảng cách d tính được từ phổ nhiễu xạ tia X theo

nghịch đảo của căn tổng bình phương các chỉ số Miller ứng với mặt đó ta được một

đường thẳng và hệ số góc chính bằng hằng số mạng.



33



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



Bảng 3.1.Tổng hợp các khoảng cách d tính được ứng với các mặt nhiễu xạ

đọc được trên phổ nhiễu xạ tia X:

STT



Chỉ số Miller







d (Ǻ)



1

2

3

4

5



220

311

400

422

511



30,2

35,3

43,2

53,8

57,2



2,957

2,540

2,092

1,619

1,483



1

h2  k 2  l 2



0,353

0,301

0,250

0,204

0,192



Mẫu hạt Fe3O4 có cấu trúc lập phương tâm mặt xếp chặt thuộc nhóm khơng

gian F3dm và có hằng số mạng a = 8.442 Å với sai số là 2,8%, khớp với các giá trị

công bố trước đó của các nhóm R.Y. Hong và nhóm M.Abu Bakar.



Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn tính tốn hằng số mạng theo cơng thức Brag



Kích thước hạt trung bình được tính từ đỉnh nhiễu xạ (311) tại 2θ cỡ 36° trong phổ

nhiễu xạ tia X sử dụng công thức Scherrer:

D



0,9

B cos 



Với D là đường kính hạt trung bình, λ là bước sóng tia X tới (λ = 1,54056 Ǻ),

B là độ độ rộng phổ, θ là vị trí đỉnh nhiễu xạ. Từ đó tính được kích thước hạt trung

bình là D=14,2 nm.



34



Luận văn thạc sĩ

1.1.2.



Nguyễn Thị Nhung



Hình thái



Nghiên cứu ảnh hiển vi điển tử truyền qua giúp chúng ta có thêm một cách

nhìn trực quan về kích thước cũng như độ tương phản của hạt đối với các chùm tia

electron có năng lượng cao.

Chùm tới electron có năng lượng 80 kV được sử dụng như là một loại sóng

điện từ. Đối với vật liệu có khả năng hấp thụ cao hơn, trên nền ảnh sẽ có màu tối

hơn và ngược lại. Đây có thể coi là một kiểu tạo ảnh “đen trắng” của mẫu thông qua

chùm electron năng lượng cao.



Hình 3.3. Ảnh kính hiển vi điện tử truyền

qua của mẫu Fe3O4



Hình 3.3. mơ tả ảnh hiển vi điện tử truyền qua của mẫu hạt Fe 3O4. Với độ

phóng đại kể trên ta có thể thấy các hạt nano Fe 3O4 có kích thước phân bố tập trung

trong khoảng 12-13 nm, phù hợp với số tính tốn từ kết quả nhiễu xạ tia X.

1.2.



Tính chất từ



35



Luận văn thạc sĩ



Nguyễn Thị Nhung



Hình 3.4. Đường cong từ hóa của mẫu hạt



nano ơ xít sắt làm bằng phương pháp đồng

kết tủa.

Đường cong từ hóa như trong hình 3.4 cho thấy ở kích thước 12-13 nm, các

hạt nano ơ xít sắt từ (Fe3O4) có tính chất siêu thuận từ với từ độ bão hòa lớn đạt 60.8

emu/g. Từ độ lớn này và tính chất siêu thuận từ giúp các hạt nano từ có thể định

hướng, điều khiển bằng từ trường bên ngoài. Bên cạnh đó, các hạt khơng hút nhau

và khơng kết đám sau khi tắt từ trường ngồi. Với tính chất này, các hạt từ có thể

được ứng dụng rất linh hoạt trong tách chiết y sinh.

2. Hạt nano Bạc bọc 4-ATP (Ag-4ATP)

2.1. Hình thái và cấu trúc

2.1.1. Cấu trúc



36



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

4 Nghiên cứu các tính chất vật lý:

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×