Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Nghiên cứu thành phần pha trong vật liệu
Vật liệu được tạo thành sau khi sấy khô đã keo phốt phát nhôm liên các thành phần nguyên liệu với nhau, trong quá trình sử dụng gạch chịu lửa nhiệt độ tăng lên thành phần pha trong vật liệu sẽ thay đổi. Cường của gạch cũng thay đổi, sự thay đổi thành phần pha này được nghiên cứu để đánh giá chất lượng của sản phẩm khi sử dụng. Lựa chọn mẫu gạch không nung có cường độ cao sau đó dùng phương pháp nhiễu xạ tia X và phương pháp phổ hồng ngoại IR để nghiên cứu thành phần pha. Tiếp theo tiến hành làm các mẫu khác có thành phần đúng như thành phần của mẫu đã được phân tích, đem nung ở các nhiệt độ 9000C và 13000C. Mẫu sau đó được đo cường độ phân tích XRD và phổ hồng ngoại IR. Sau khi có các kết quả, so sánh các kết quả với nhau để biện luận sự biến đổi thành phần pha trong vật liệu 2.4.1. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại IR
tương ứng với vựng bức xạ hồng ngoại (λ = 2,5-15àm) do cỏc nguyờn tử trong phân tử dao động nhưng bức xạ hồng ngoại chỉ kích thích các dao động có thể làm thay đổi momen lưỡng cực của phân tử, ngược lại những dao động không làm thay đổi momen lưỡng cực nhưng làm thay đổi độ phân cực của phân tử lại bị kích thích bởi bức xạ tán xạ do đó dẫn đến phương pháp phổ khác có tên là phương pháp phổ tán xạ tổ hợp hay phổ Raman.
Khi chiếu một chùm bức xạ đơn sắc vùng khả kiến qua một dung dịch thật (dung dịch đồng nhất) bằng dụng cụ quang học người ta cũng nhận thấy được các tia tán xạ theo hướng thẳng góc với tia ban đầu có tần số ν0 bằng tần số của tia kích thích (tia Rayleigh), ngoài ra còn nhận được các tia có tần số nhỏ hơn ν0- νd (vạch Stoke) và lớn hơn ν0 + νd (vạch anti- stoke) có cường độ yếu hơn vạch ν0 .
Các tia có tần số ν0 + νd được gọi là tia Raman. Nguyên nhân xuất hiện tia Raman là do tương tác của các tia bức xạ kích thích với các phân tử làm biến dạng tuần hoàn lớp vỏ electron của các nguyên tử trong phân tử và dẫn đến làm dao động các hạt nhân nguyên tử có tần số ν0 . Năng lượng của các tia Raman bằng hiệu hay tổng năng lượng của các tia kích thích ban đầu và năng lượng dao động
Dựa trên nguyên tắc phản xạ bề mặt, yêu cầu của phương pháp này là phải thao tác nhanh để ít ảnh hưởng của môi trường bên ngoài, đặc biệt là độ ẩm của không khí. Nghiền mẫu thử với KBr với tỷ lệ 1/100 trộn đều rồi ép thành viên sao cho chúng có độ trong suốt cao, sau đó sấy ở nhiệt độ khoảng 2300C cuối cùng tiến hành xác định mẫu sau khi đã đo mẫu chuẩn. Mẫu chuẩn là KBr tinh khiết đã được ép viên. Nếu KBr hoàn toàn tinh khiết thì sẽ cho nền phổ là đường thẳng, nếu đã hấp CO2, H2O thì nền không phải đường thẳng. Sau khi đo mẫu chuẩn, tiến hành đo mẫu nghiên cứu. Kết thúc quá trình, máy sẽ tự trừ nền và đưa ra phổ chất cần nghiên cứu. Việc xác định các nhóm có trong thành phần chất phải dựa vào tần số đặc trưng của các nhóm được tra trong sổ tay hoặc so sánh với phổ trong atlat (phổ của các nhóm chức đã biết). Dựa trên nguyên tắc phản xạ bề mặt, yêu cầu của phương pháp này là phải thao tác nhanh để ít bị ảnh hưởng của môi trường bên
ngoài. Nâng nhiệt độ để hút chân không sao cho không còn phân tử nước trên mặt thì sự xác định càng chính xác.
2.4.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Phân tích định tính pha tinh thể là phát hiện sự có mặt của một pha tinh thể nào đó trong đối tượng khảo sát. Tương tự như các phương pháp phân tích, một pha tinh thể nào đó không được phát hiện có thể hiểu không có hoặc có nhưng hàm lượng nằm dưới giới hạn phát hiện. Giới hạn phát hiện các pha tinh thể của phương pháp nhiễu tia X phụ thuộc vào các nguyên tố hoá học trong vật liệu đó, hệ tinh thể, độ kết tinh thay đổi từ 1-20%.
Để xác định lượng của các pha trong một mẫu dung dịch rắn bằng phương pháp này đòi hỏi phải đo chính xác vị trí và cường độ các vạch phản xạ. Thông thường khi thay đổi thành phần dung dịch rắn sẽ làm cho các thông số mạng của tế bào nguyên tố co lại hoặc giãn ra. Khi xác định thành phần dung dịch rắn có thể căn cứ vào sự phụ thuộc khoảng cách giữa các mặt mạng vào thành phần dưới dạng một đồ thị chuẩn. Mỗi vật liệu kết tinh có những thông số về tinh thể học rất đặc trưng và được tập hợp trong một thư viện (để so sánh). Rất hiếm trường hợp hai vật liệu khác nhau lại có nhóm thông số đặc trưng mạng giống y hệt nhau. Phân tích pha định tính là bài toán ngược. Nghĩa là cách so sánh các pic nhiễu xạ của đối tượng nghiên cứu và các vạch tượng trưng cho các cực đại trong thư viện phổ. Nếu có sự trùng lặp hoàn toàn cả về vị trí, và cả về cường độ tỷ đối của hầu hết các vạch thì lời giải đầy đủ có trên thư viện phổ: thành phần hóa học, tên goi, hệ tinh thể, nhóm đối xứng không gian, thông số mạng. Nếu mẫu nghiên cứu có nhiều pha tinh thể thì giản đồ nhiễu xạ chung là tập hợp các giản đồ nhiễu xạ của từng pha như khi ta ghi riêng lẻ với cường độ tỷ lệ thuận với hàm lượng của pha đó trong mẫu. Như vậy để phân biệt trên giản đồ người ta phải dùng các mầu sắc khác nhau để thể hiện các píc của các pha tinh thể. Trên giản đồ nhiễu xạ của mẫu đa tinh thể có các píc nhiễu xạ của các pha đan xen với nhau theo giá trị dhkl giảm dần. Các pha tinh thể có hàm lượng thấp, trên giản đồ nhiễu xạ chỉ có mặt những vạch nhiễu xạ mạnh nhất,
Độ nhạy của phương pháp: là hàm lượng (theo khối lượng hoặc theo thể tích) tối thiểu của một pha tinh thể mà các pic chính của nó còn quan sát được trên giản đồ nhiễu xạ. Độ nhạy của phương pháp phụ thuộc vào bản chất cấu trúc tinh thể như: hạng, hệ tinh thể, bậc đối xứng và các nguyên tố hoá học tạo nên vật liệu, nên không thể đưa ra một con số chung cho phương pháp.
Chương 3