Đề tài:
PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MÀNG GHÉP MẠCH BỨC XẠ
CỦA PIN NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP
TÁN XẠ TIA X GÓC NHỎ
CBHD: TS. Trần Duy Tập
CBPB : TS. Trịnh Hoa Lăng
SVTH : Phạm Minh Hiền
TP. HỒ CHÍ MINH 7/2014
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
1
2
PIN NHIÊN LIỆU VÀ NGUYÊN LÝ TÁN XẠ TIA X GÓC NHỎ
1
HÀM TƯƠNG QUAN MỘT CHIỀU CỦA CẤU TRÚC LAMELLAR
2
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC LAMELLAR
3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4
NỘI DUNG
1.1. PIN NHIÊN LIỆU
1.2. VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÀNG DẪN PROTON
1.3. PHƯƠNG PHÁP GHÉP MẠCH BỨC XẠ
2.2. HÀM TƯƠNG QUAN MỘT CHIỀU CỦA CẤU TRÚC LAMELLAR
1.4. CẤU TRÚC LAMELLAR
1.5. NGUYÊN LÝ ĐO TÁN XẠ TIA X GÓC NHỎ
2.1. CÔNG THỨC TÍNH HÀM TƯƠNG QUAN MỘT CHIỀU VÀ INVARIANT Q
2.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CẤU TRÚC LAMELLAR
3.1. SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC LAMELLAR THEO QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU
3.2. SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC LAMELLAR THEO MỨC ĐỘ GHÉP MẠCH BỨC XẠ
3.3. CÁC VẤN ĐỀ VỀ NGOẠI SUY CẬN TÍNH TÍCH PHÂN

PROTON
CHẤT THẢI
NHIÊN LIỆU
HYDROGEN
DÒNG ĐIỆN
OXYGEN
ANODE
CATHODE
CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA Ở CÁC ĐIỆN CỰC
Tìm kiếm vật liệu mới
chế tạo màng dẫn proton
4
1.2. VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÀNG DẪN PROTON
ETFE-
PEM
VẬT LIỆU THƯƠNG MẠI
• GIÁ THÀNH CAO
• HOẠT ĐỘNG Ở NHIỆT ĐỘ
GIỚI HẠN (< 80
0
C)
• KHUẾCH TÁN NHIÊN
LIỆU QUA MÀNG CAO
• QUY TRÌNH TỔNG HỢP
KHÓ KHĂN
HẠN CHẾ CỦA NAFION
VẬT LIỆU ĐANG NGHIÊN CỨU
• GIÁ THÀNH RẺ
• ỔN ĐỊNH Ở NHIỆT ĐỘ CAO,
BỀN VỀ MẶT CƠ HỌC

ƯU ĐIỂM PHƯƠNG PHÁP
GHÉP MẠCH BỨC XẠ
6
1.4. CẤU TRÚC LAMELLAR
CẤU TRÚC
LAMELLAR
• BIẾN ĐỔI THEO QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU
• BIẾN ĐỔI THEO MỨC ĐỘ GHÉP MẠCH BỨC XẠ
Hàm tương quan một chiều
Nhóm lamellar
O
2
e
-
e
-
Anode
Cathode
H
2
H
2
O
Màng dẫn proton
H
+

H
+





K
in
K
in
K
out
Tia X tới ()
)
Mẫu
2θ
q = K
out
-K
in
Vector tán xạ
A
B
C
D
d

BC
sin
AC


DC




Phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ có thể nghiên
cứu cấu trúc có kích thước từ 1 nm - 1m
Lưu ý rằng: Phương pháp SAXS được thực hiện dựa trên tán xạ đàn hồi của tia X với điện tử
1.5. THỰC NGHIỆM ĐO TÁN XẠ TIA X GÓC NHỎ
S, S
0
là các vector đơn vị
Góc < 5
0
10
-2
10
-1
10
0
10
1
10
-1
10
0
10
1
10
2
10
3
ETFE
Graft-ETFE (59%)
ETFE-PEM (59%)
I(q) (cm
-1
)
1
10
1001000
(3)
(1)
(2)
SPring-8
Cr
Mo
NIMS
NIMS
8
NIMS, Cr
NIMS, Mo
Detector
Buồng chứa mẫu
Nguồn tia X
SPring-8
Khay chứa mẫu
Detector 2D
MẪU
q = k

-1
 
2
0
2
0
( )cos( )
()
q I q rq dq
r
q I q dq






9
2.1 CÔNG THỨC TÍNH HÀM TƯƠNG QUAN MỘT CHIỀU
 Q được gọi là cường độ tán xạ tổng cộng
 q: Giá trị vector tán xạ (nm
-1
)
 I(q): Cường độ tán xạ tuyệt đối (cm
-1
)
 r: Khoảng cách tương quan của phân bố mật độ điện tử
trong không gian(nm)
Q =
0

a
Vô định hình
Tinh thể

r
Miền chuyển tiếp
𝐋
𝐜
𝐦
L
i
L
i
11
3.2 SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC LAMELLAR THEO QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU
Ban đầu
12
Lamellar
tinh thể
Lamellar vô định hình
L
L
a
L
c
3.2. SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC LAMELLAR THEO MỨC ĐỘ GHÉP MẠCH BỨC XẠ
-1
-0.5
0
0.5

L
tr
Lamellar vô định hình
Miền chuyển tiếp
Đỉnh mới
13
3.2. SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC LAMELLAR THEO MỨC ĐỘ GHÉP MẠCH BỨC XẠ (2)
Giảm dần khi
GD = 4,2-59%
Tăng lên
Gần như không thay đổi
Giảm đột ngột
L
Lamellar vô định hình + PSSA
Lamellar tinh thể + PSSA
L
a
L
a
L
c
L
c
PSSA: Polystyrene Sulfonic acid
Một phần lamellar tinh thể
bị phá hủy và biến thành
lamellar vô định hình
14
3.3. CÁC VẤN ĐỀ VỀ NGOẠI SUY CẬN TÍNH TÍCH PHÂN
• LOẠI TRỪ THĂNG GIÁNG MẬT ĐỘ ĐIỆN TỬ

q I q dq






(a) Ngoại suy cận trên
Ngoại suy cận trên không làm thay đổi cấu
trúc lamellar
q : 0,0033,12 nm
-1
Thực nghiệm
15
(b) Ngoại cận dưới
 Ngoại cận tuyến tính
Ngoại suy tuyến tính là không phù hợp
16
 Ngoại suy theo mô hình Debye-Bueche
(b) Ngoại cận dưới
Việc ngoại suy cận dưới là
không phù hợp với mẫu đang
nghiên cứu
q : 0,0033,12 nm
-1
Phương trình ngoại suy: 𝐈 𝐪 =
𝐀
𝟏+𝐚
𝐜
𝟐

 Tính cấu trúc lamellar từ hàm phân bố mặt tiếp xúc (Interfacial distribution
function)
 Khảo sát sự phân bố của lamellar, cấu trúc lamellar tạo thành từ các nhóm
lamellar (lamellar stacks) và ảnh hưởng của cấu trúc này lên tính chất của màng.
 Ngoại suy cận dưới theo phương pháp Guinier và Gaussian. Sau đó tiến đến lựa
chọn mô hình ngoại suy phù hợp và đánh giá sai số của việc làm khớp.
 Tính bề dày miền chuyển tiếp L
i
và bề dày lõi lamellar tinh thể L
c0
theo phương
pháp khác (phương pháp suy biến Porod) và so sánh các kết quả này với kết quả
thu được từ hàm .
19