ĐẶng thị quỳnh lan nghiên cứu tổng hợp và Ứng dụng của một số VẬt liệu khung kim loại-hữu cơ. Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý



tải về 8.99 Mb.
trang15/51
Chuyển đổi dữ liệu08.06.2018
Kích8.99 Mb.
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   51

Hình 2. 3. Quá trình phát quang điện tử.

Trong luận án này, các mẫu được đo phổ XPS trên máy ESCALab MKII, sử dụng tia phát xạ Mg Kα .



  1. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)

Phổ tán xạ sắc năng lượng tia X (thường được gọi là EDS, EDX hay XEDS) (từ đây gọi là phổ EDX) là một kỹ thuật phân tích dùng để phân tích nguyên tố của mẫu rắn. Nguyên tắc dựa trên sự tương tác của nguồn tia X kích thích vào mẫu cần phân tích. Mỗi nguyên tố hoá học có một cấu trúc nguyên tử xác định tạo ra các phổ tia X đặc trưng riêng biệt cho nguyên tố đó. Để kích thích bức xạ đặc trưng tia X từ mẫu, một dòng năng lượng cao của các hạt tích điện như điện tử hay photon, hay chùm tia X được chiếu vào mẫu cần phân tích. Các nguyên tử trong mẫu này ở các trạng thái cơ bản (chưa bị kích thích), các điện tử ở các mức năng lượng riêng biệt xoay quanh hạt nhân. Khi dòng tia tới kích thích các điện tử ở lớp bên trong, đánh bật nó ra khỏi vỏ điện tử tạo thành lỗ trống điện tử, một điện tử từ lớp bên ngoài có năng lượng cao hơn nhảy vào điền vào lỗ trống đó. Sự khác nhau năng lượng giữa lớp vỏ năng lượng cao và lớp vỏ năng lượng thấp hơn tạo ra tia X (xem Hình 2.4). Cường độ của tia X phát ra từ mẫu có thể được đo bằng phổ kế tán xạ năng lượng (energy-dispersive spectrometer). Từ chỗ năng lượng tia X là đặc trưng cho hiệu số năng lượng của hai lớp vỏ điện tử và đặc trưng cho cấu tạo của nguyên tố phát xạ ra tia X đó, nên cường độ của tia X này có thể dùng để đặc trưng định tính cũng như định lượng các nguyên tố có trong mẫu. Tần số (f) của tia X được xác định qua định luật Mosley như sau:

Trong đó me là khối lượng của điện tử; qe là điện tích của điện tử, h là hằng


số Planck.

Theo định luật này, tần số tia X phát ra là đặc trưng đối với nguyên tử của mỗi
chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này.

Hình 2. 4. Nguyên tắc phát xạ tia X dùng trong phổ

Có nhiều thiết bị phân tích EDX nhưng chủ yếu EDX được đo bằng các kính hiển vi điện tử quét hay truyền qua.

Trong luận án này, các mẫu được đo EDX trên máy JEOL JSM 6500F.



  1. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA)

Phân tích nhiệt là nhóm các phương pháp nghiên cứu tính chất của mẫu đo khi tác dụng nhiệt độ lên mẫu theo một chương trình gia nhiệt với một tốc độ nào đó khi mẫu được đặt trong môi trường nhất định. Phép phân tích nhiệt vi sai bao gồm nhiều phương pháp khác nhau. Ở đây chúng tôi chỉ sử dụng hai phương pháp:

Phương pháp DTA (Differental Thermal Analysis): nghiên cứu các quá trình xảy ra đối với vật liệu mà những quá trình đó kèm theo hiệu ứng thu hoặc tỏa nhiệt khi tăng nhiệt độ tuyến tính. Trong DTA người ta thường sử dụng kỹ thuật so sánh. Phép đo thực hiện đồng thời trên mẫu khảo sát và mẫu so sánh. Thông tin nhận được là kết quả so sánh tín hiệu nhận được từ hai mẫu trên. Các thông số chính thu được từ giản đồ DTA: nhiệt độ bắt đầu và kết thúc hiệu ứng, nhiệt độ ứng với cực trị của hiệu ứng nhiệt (đỉnh peak).

Phương pháp TGA (thermogravimetric Analysis): khảo sát sự thay đổi trọng lượng của mẫu khi thực hiện chương trình nhiệt độ. Để dễ nhận biết một số đặc trưng của giản đồ TGA, người ta thường nhận giản đồ dưới dạng vi sai (DTG-Differental Thermal Gravimetry), biểu diễn tốc độ khối lượng mẫu theo thời gian.

Trong luận án này, các phép đo TGA-DTA được đo trên máy phân tích nhiệt vi sai: STA409PC của Netzch, Cộng hòa liên bang Đức, tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CN quân sự.



  1. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Hiển vi điện tử truyền qua (thường viết tắt là TEM) là một kỹ thuật hiển vi trong đó dòng điện tử đi xuyên qua một màng mỏng của mẫu đo và tương tác với nó. Một hình ảnh được tạo thành từ sự tương tác của điện tử đi xuyên qua mẫu đo, hình ảnh này được phóng đại và tập trung lên một thiết bị nhận ảnh như là màn hình huỳnh quang (fluorescent screen) hay lớp phim.

Về mặt lý thuyết, độ phân giải cực đại, d, nhận được bởi ánh sáng bị giới hạn bởi bước sóng của các photon mà được dùng để quan sát mẫu.



Vào đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã cố gắng giải quyết giới hạn độ phân giải của kính hiển vi do dùng ánh sáng khả kiến với bước sóng tương đối lớn (400 - 700 nm) bằng cách dùng chùm điện tử (electron bean). Theo lý thuyết Broglie, các điện tử vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Điều này có nghĩa là chùm điện tử có thể đóng vai trò như là chùm bức xạ điện từ. Bước sóng của điện tử liên hệ với động năng thông qua phương trình Broglie



Trong đó, h là hằng số Plank, mo là khối lượng tịnh của điện tử và E là năng lượng của electron được tăng tốc.

Các điện tử được tạo ra từ sự phát xạ ion nhiệt từ một dây tóc làm bằng tungsten. Các điện tử này được tăng tốc bằng một điện trường (được tính bằng volts). Các điện tử khi đi qua mẫu chứa đựng những thông tin về mật độ điện tử, pha cấu trúc tinh thể, dòng điện tử này dùng để tạo hình ảnh.

Trong luận án này, ảnh TEM được đo trên máy JEOL 1010 microscopy



  1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Kính hiển vi điện tử quét (từ đây gọi là SEM) là một loại kính hiển vi điện tử, nó tạo ra hình ảnh của mẫu bằng cách quét qua mẫu một dòng điện tử. Các điện tử tương tác với các nguyên tử trong mẫu, tạo ra những tín hiệu khác nhau chứa đựng những thông tin về hình thái cũng như thành phần của mẫu. Dòng điện tử thường được quét trong máy raster và vị trí của dòng điện tử kết hợp với các tín hiệu tạo ra hình ảnh. SEM có thể đạt đến độ phân giải 1 nm.

Các loại tín hiệu sinh ra do dòng điện tử quét là điện tử thứ cấp (secondary electrons (SE)), điện tử tán xạ ngược (back-scattered electrons (BSE), tia X đặc trưng (characteristic X ray) v.v... Detector điện tử thứ cấp là phổ biến cho tất cả các loại máy SEM. Rất ít máy có detetor dùng cho tất cả các tín hiệu. Trong đa số các trường hợp, tín hiệu từ điện tử thứ cấp (secondary electron image) hay SEM cho hình ảnh với độ phân giải cao và bộc lộ ra những chi tiết trên bề mặt có thể lên đến 1 nm. Do dòng điện tử hẹp, ảnh SEM có độ sâu của trường (depth of field) lớn tạo ra bề mặt ba chiều rõ ràng rất hữu ích cho việc nghiên cứu bề mặt vật liệu.

Trong luận án này, ảnh hiển vi điện tử SEM được ghi trên máy SEM JSM-5300LV


  1. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ nitrogen (BET)[6],[5]

Bề mặt riêng xác định theo phương pháp BET là tích số của số phân tử bị hấp phụ với tiết diện ngang của một phân tử chiếm chỗ trên bề mặt vật rắn. Diện tích bề mặt riêng được tính theo công thức:

                                        S= nmAmN     (m2/g)

Trong đó: S: diện tích bề mặt (m2/g)

                      nm: dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại (mol/g)

                     Am: diện tích bị chiếm bởi một phân tử (m2/phân tử)

                      N: số Avogadro ( số phân tử/mol)

Trường hợp hay gặp nhất là hấp phụ vật lý của Nitơ (N2) ở 77K có tiết diện ngang của bằng 0,162 nm2. Nếu Vm được biểu diễn qua đơn vị cm3/g và SBET là m2/g thì ta có biểu thức:

                                         SBET = 4,35Vm



Sự tăng nồng độ chất khí trên bề mặt phân cách pha giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ (chất rắn) được gọi là sự hấp phụ khí. Lượng khí bị hấp phụ V được biểu diễn thông qua thể tích chất bị hấp phụ là đại lượng đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản chất của khí và bản chất của vật liệu rắn. Thể tích khí bị hấp phụ V là một hàm đồng biến với áp suất cân bằng. Khi áp suất tăng đến áp suất hơi bão hòa Po, người ta đo các giá trị thể tích khí hấp phụ ở các áp suất tương đối (P/Po) thì thu được đường “đẳng nhiệt hấp phụ”, còn khi đo V với P/Po giảm dần thì nhận được đường "đẳng nhiệt khử hấp phụ". Theo phân loại của IUPAC, có các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ biểu diễn trên Hình 2.5.

Hình 2. 5. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ theo phân loại IUPAC



Đường đẳng nhiệt kiểu I trong Hình 2.5 tương ứng với vật liệu vi mao quản hoặc không có mao quản. Kiểu II và III là của vật liệu có mao quản lớn (d > 50 nm). Đường đẳng nhiệt kiểu IV và V tương ứng vật liệu mao quản trung bình. Kiểu bậc thang VI ít gặp. Diện tích bề mặt riêng thường được tính theo phương pháp Brunauer-Emmett-Teller (BET) vào dữ kiện BET để xây dựng đường phân bố mao quản, từ đó tìm kích thước trung bình của mao quản theo phương pháp BJH (Barrett, Joyner, và Halenda).



1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   51


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương