Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
K H O A K H O A HỌC T ự NHIÊN VÀ XÃ H Ộ I
--^ca\ef

TRẦN THỊ THU HƯƠNG

N G H I Ê N

C Ử U

C H É T Ạ O V Ậ T L I Ệ U
•
•
•

N A N O

ln 0 BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
2

3

KHOA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ CHÁT RẮN

G i á o viên h ư ớ n g dẫn: ThS.Mẩn H o à n g V i ệ t

1.2.3. Tính chất điện
.7
1.2.4. Tính chất quang
8
1.3. M ộ t số phương pháp chế tạo vật liệu nano
9
1.3.1. Phương pháp chế tạo vật liệu nano từ dung dịch
10
1.3.2. Phương pháp epitaxy chùm phân tử (MBE-Moỉecuỉar
Beam
Epitaxỳ)
li
1.3.3. Phương pháp bốc bay nhiệt (Thermal evaporatiorì) [20]
12
Ì .4. M ộ t số cơ chế hình thành vật liệu có cấu trúc nano
13
1.4.1. Cơ chế Hơi - Lỏng - Ran (VLS - Vapor-Liquid-Soliđ)
13
1.4.2. Cơ chế hơi-rắn (VS - Vapor-Sọlid)
16
1.5. M ộ t số phương pháp nghiên cứu cấu trúc đặc trưng
17
1.5.1. Phương pháp phân tích hình thái bề mặt vật liệu (SEM, A F M ) . . . 17
Ì .5.2. Quan sát bằng kính hiển v i điện tử truyền qua
(TEM-Transmission
Electron Microcopè)
19
1.5.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XKD-XRay Difractiorì)
20
Ì .6. M ộ t số kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu nano l n 0 gần đây

.^.......".........„^46
TÀI L I Ệ U T H A M K H Ả O
.....47
2

2

3

2

2

2

3

Láo CN Vát lý K2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3

3

2

3

3


(

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4


Trần Thị Thu Hương

is.C3.ef

Khoa luận tốt nghiệp

MỞ ĐÀU
Ngày nay, cuộc cách mạng khoa học k ỹ thuật hiện đại đã đặt ra cho các
nhà khoa học không ngừng nghiên cứu và chế tạo ra các vật liệu mới có kích
thước ngày càng gọn nhẹ nhưng các tính chất của chúng: tính chất vật lý, tính
chất hoa học ngày càng ưu việt hơn. Trên thế giới đã và đang hình thành một
ngành khoa học và công nghệ mới có nhiều triển vọng đó là khoa học và công
nghệ nano. Các nhà khoa học đã dự đoán trong tương lai không ngành khoa
học nào là không ứng dụng công nghệ nano.
Vật liệu có cấu trúc nano (nanostructures) là khái niệm dùng để chỉ các
loại vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nhỏ cỡ nanomet. V ậ t
liệu nano hiện nay được tập trung nghiên cứu chủ yếu là vật liệu rắn sau đó
mới đến chất lỏng và khí [13]. Dựa vào hình dạng của vật liệu, người ta phân
ra thành các loại vật liệu: Vật liệu nano không chiều, vật liệu nano một chiều,
vật liệu nano hai chiều, ngoài ra còn có vật liệu nanocomposite. Công nghệ
nano (nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, chế
tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và các hệ thống có kích thước khoảng từ
0,1 um đến lOOnm. Kích thước ở đây có thể là đường kính hạt, độ dày



Khoa luận tốt nghiệp

Trần Thị Thu Hương

nhất định. Các nhà khoa học đã dựa vào đó để chọn ra phương pháp thích hợp
chế tạo các vật liệu có cấu trúc nano có tính chất nu việt hơn.
Vật liệu l n 0
2

3

là một loại oxit bán dẫn loại p, có vùng cấm thẳng, độ

rộng vùng cấm Eg=3,75 eV [10] thường được ứng dụng vào công nghệ làm
cửa sổ hấp thụ ánh sáng mặt trời để chuyển thành nhiệt, làm pin mặt trời,
sensor nhạy k h í , . . . V ớ i những tính chất như vậy, vật liệu In2Ơ3 có cấu trúc
nano đã và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu chế tạo và
ứng dụng chúng vào nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau.
Trong khoa luận này, chúng tôi đề cập tới công nghệ chế tạo vật liệu
nano I112O3 bằng phương pháp bốc bay nhiệt từ vật liệu L12O3 dạng bột trong
điều kiện có xúc tác và không có xúc tác.
Tuy nhiên trong quá trình chế tạo vật liệu nano từ I112O3 cần có nguyên
liệu là bột I112O3 có độ sạch cao. Nhưng giá thành của vật liệu này tương đ ố i
cao, cho nên trong khoa luận này chúng tôi có thêm một quá trình chế tạo bột
I112O3 sạch từ bột In.
N ộ i dung khóa luận chia làm các phần như sau:
M ở đầu
C h ư ơ n g l : Tổng quan

2

2

6

2

6

10

2

6

10

2

Hình Ì. Ì. (a) cấu trúc tinh thể của In, (b) Mô hình lớp vỏ nguyên tử của In.
- Các electron trên các mức năng lượng: 2, 8, 18, 18, 3.
- Cấu trúc tinh thể thuộc họ tetragonal.
- Độ dẫn điện: 0,116xl0 (íícm).
6

- Độ dẫn nhiệt: 0,816 W/cmK.
- Điểm sôi: 2346 K hay 2072°c.
- Điểm nóng chảy:429,6 K hay 156,6°c.
- Khối lượng trung bình của nguyên từ là 114,82.


2 +

-> I n : 28,03 eV.
3 +

- Nhiệt lượng càn thiết để nóng chày là 3,263 kJ/mol.
- Nhiệt lượng cần thiết để hoa hơi là 231 kJ/mol.
- Thể tích của phân tử găm: 15,73 cm /mol.
3

- Thế năng của electron ngoài cùng : -54 eV.
- I n dễ tạo thành hợp thể v ớ i :
•

Không k h í .

•

Nước.

•

Các nguyên tố nhóm Halogen.

•

Acid.

Do Indium tác dụng được với nhiều chất nên việc có được In sạch là rất



Khoa luận tốt nghiệp

Trần Thị Thu Hương

- Trạng thái rắn.
- Nhiệt độ nóng chảy: 2186 K hay 1913°c.
indlum(III) oxidc

Hình Ì .2. Mô hình cấu trúc tinh thể của l n 0 .
2

3

- Thành phần nguyên tố của hợp chất I112O3:
Nguyên tố

% Khối lượng

Số oxi hoá

Cấu hình electron

In

82,71

3


1.2. M ộ t số tính chất của v ậ t liệu có cấu t r ú c nano
Trong thời gian gần đây các vật liệu có cấu trúc nano: Dây nano, thanh
nano, hạt nano,... đã thu hút được nhiều sự chú ý bởi những ứng dụng to lớn
và rất rộng rãi trong khoa học vật liệu, điện tử, quang học, tò học, y học và dự
trữ năng lượng [14].

LởpCNVậttýK2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5

Khoa KHTN&XH
9


Khoa luận tốt nghiệp

Trần Thị Thu Hương

Các tính chất vật lý của vật liệu: tính chất cơ, tính chất nhiệt, đặc biệt là
tính chất điện và tính chất quang phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc, kích thước
của vật liệu. Cùng một vật liệu gốc nhưng khi kích thước của chúng bị thu
nhỏ đến một giới hạn nào đó thì tính chất của chúng sẽ thay đ ổ i khác hẳn với
vật liệu khối. Đ ố i với hạt nano bán dẫn khi kích thước của hạt vào cỡ bán
kinh Bohr của exciton, chuyển động của các electron và l ỗ toong bị giam
trong hạt nano. Trong điều kiện đó, động năng của các hạt bị lượng tử hoa và
các vùng năng lượng sẽ bị gián đoạn thành các mức năng lượng gián đoạn.
Đó là hiệu ứng kích thước lượng tử hay hiệu ứng giam g i ữ lượng tử.
1.2.1. T í n h chất cơ
Việc kiểm tra tính chất cơ của vật liệu nano gặp rất nhiều khó khăn do


bên ngoài (l-ỉ-5nm), qua hình ảnh của kính hiển v i điện tử truyền qua-TEM họ
đã thấy hiện tượng sau:
+ Sự hạ thấp đáng kể nhiệt độ nóng chảy và đôh hạ thấp này tỷ l ệ với bán
lánh của dây.
+ Quan sát thấy sự trễ (hysteresis) lớn trong chu trình nóng chảy và kết
tinh.
Từ kết quả của việc quan sát trên đã mở ra nhiều điều có ý nghĩa quan
trọng trong cấu trúc nano giúp ta hiểu rõ hơn về vật liệu có cấu trúc nano.
Nhiệt độ ủ t ố i ưu để tạo ra chấm lượng tử, dây nano, thanh nano với chất
lượng cao, có thể nhỏ hơn so với nhiệt độ ủ của vật liệu khối. Điều này cho
phép chúng ta có thể tạo nên được hạt nano, dây nano, thanh nano tinh thể ở
nhiệt độ vừa phải với các dụng cụ và bố trí thí nghiệm đom giản.
Qua rất nhiều thí nghiệm người ta đã nhận thấy điều kiện hình thành và
nhiệt độ ủ g i ữ vai trò quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc của hạt và dây
nano. Dựa vào hiểu biết về nhiệt độ ổn định nhiệt ta có thể tạo nên cấu trúc
nano của hạt và dây mong muốn.
1.2.3. T í n h chất điện
Trong những thập niên qua, sự thu nhỏ các linh kiện điện tử, đặc biệt là
transistor, qua sự phát triển của phương pháp tử trên - xuống đã trở thành mũi
nhọn với hy vọng có thể thực hiện giảm kích thước nhở hơn nữa của vật liệu.
Gần đây, các nhà nghiên cứu xuất phát từ bán dẫn khối để chế tạo ra các dụng
cụ nano: Diod p-n, các transistor lưỡng cực,...
Nhóm Lieber khảo sát khả năng của các dụng cụ khác nhau ở thang nano
sử dụng dây nano Si loại p và loại n. Ví dụ, tạo transistor lưỡng cực bằng cách
sử dụng ba loại vật chất khác nhau: Dây nano GaN loại n làm lớp Emitor (E)
loại p làm lớp Base (B), loại n làm lớp Collector (C). c ấ u tạo cơ bản n - p - n
được thực hiện bằng cách nối 2 dây nano GaN loại n vào dây nano Si loại p.
Ta có thể đo dòng collector phụ thuộc vào thế giữa lớp c và lớp B nhờ đặt các


đo đạc các tính chất huỳnh quang và phát hiện ra sự bất đẳng hướng của
cường độ huỳnh quang ghi theo hướng song song và vuông góc với trục dọc
theo chiều của dây nano. Người ta cho rằng đó là do sự khác biệt lớn giữa các
dây nano đứng tự do với môi trường song song. Sự bất đẳng hướng riêng này
có thể sử dụng làm các detector kích thích nhạy với độ phân cực. Các detector
này sẽ được sử dụng trong các mạch quang tử tổ hợp (integrated photonic
circuits), các đóng ngắt và nối quang (optical switches and interconnects),
hình ảnh trường gần và các detector có độ phân giải cao (high resolution
detectors).
Qua việc quan sát phổ huỳnh quang của các dây nano ta thấy các đỉnh
nhọn trong nền phổ phát xạ. Độ rộng của vạch hẹp và cường độ phát xạ tăng
mạnh so với cường độ kích thích. Điều này chứng tỏ rằng đã có bức xạ cưỡng

Lớp CN Vật /ý K2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8

Khoa KHTN&XH
12


Khoa luận tốt nghiệp

Trần Thị Thu Hương

bức xảy ra trong dây nano. V ớ i các dây có cấu trúc hai mặt của đầu dây đ ố i
nhau tốt, ta có thể coi đó là mặt phản xạ. Chính vì vậy các dây nano tạo nên
các hộp cộng hưởng và được gọi là các hộp cộng hưởng tự nhiên. Do đó, ta có
thể tạo ra các laser nanowires không càn gương mà vẫn có hiệu suất cao.

Lớp CN Vật /ý K2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

9

13


Khoa luận tốt nghiệp

Trần Thị Thu Hương

1.3.1. P h ư ơ n g p h á p chế tạo v ậ t liệu nano t ừ dung dịch
Để tổng hợp các cấu trúc nano Ì chiều người ta thường dùng các phương
phấp: Phương pháp dùng khuôn (template), phương pháp dung dịch-lỏng-rán
(SLS), phương pháp thúy nhiệt, phương pháp nhiệt dung môi,... Sau đây là
nguyên lý của một vài phương pháp:
a. Phương pháp tổng hợp dùng khuôn [3]
Đây là phương pháp thuận tiện và linh hoạt.
Ma trận dây nano

Hỉnh 1.3. Mô hình tổng hợp cấu trúc nano một chiều từ dung dịch nhờ khuôn.
Trong phương pháp này, các kênh (rãnh) có kích thước nano bên ương
một vật liệu xốp được dùng như một cái khuôn, trên đó có một vật liệu khác
được tạo ra v ớ i hình dạng tương tự. Người ta đổ đầy vật liệu cần chế tạo, dưới
dạng dung dịch vào khuôn bằng phương pháp sol-gel hoặc phương pháp điện
hoá. Sau khi loại bỏ khuôn đi ta thu được dây nano (hình Ì .3). Các nhà nghiên
cứu đã sử dụng phương pháp này và đã chế tạo được các day nano, ống nano
từ các kim loại, các chất bán dẫn,...
b. Phương pháp soi - geỉ

đối cao và được giữ ờ nhiệt độ (áp suất) đó hàng trục giờ để thực hiện quá
trình ngưng tụ và phát triển tinh thể.
Đây là quá trình hoá-lý khá phức tạp do sản phẩm tạo thành thường có
lẫn tạp chất.
1.3.2. P h ư ơ n g p h á p epitaxỵ c h ù m p h â n t ử (MBE-Moỉecular

Beam

Epitaxỳ)

Là thuật ngữ chỉ một phương pháp chế tạo màng mỏng bằng cách sử
dụng các chùm phân tử lắng đọng trên đế đơn tinh thể trong môi trường chân
không siêu cao (áp suất thấp hơn 10" mmHg), để thu được các màng mỏng có
9

cấu trúc tinh thể gần với cấu trúc của lóp đế.
Phương pháp M B E có thể tạo ra các màng mỏng vật liệu với độ tinh
khiết cao. Điểm đặc biệt của phương pháp M B E là các màng mỏng đơn tinh
thể được mọc lên từ lớp đế đơn tinh thể vói tốc độ thấp và có độ hoàn hảo
cao. Tuy nhiên, chất lượng màng cũng như tốc độ tạo màng phụ thuộc nhiều
vào môi trường chân không. Lớp đế bên dưới là đơn tinh thể, có tác dụng như
một mầm để lớp màng phát triển lên trong quá trình ngưng đọng.
Phương pháp M B E có thể chế tạo các màng họp chất hoặc đơn chất từ
các nguồn vật liệu riêng biệt. Các vật liệu gốc được đốt nóng đến khi bay hơi
nhưng với tốc độ chậm và được dẫn tới đế, trong quá trình chế tạo đế cần
được g i ữ lạnh. Ở đó, nếu là màng hợp chất, các chất sẽ phản ứng với nhau chỉ
tại bề mặt đế để phát triển thành đơn tinh thể.

Lớp CN Vật lý K2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

hơi (hoặc

thăng hoa) các nguyên tử chất
rắn và lắng đọng các nguyên tử

Thiết bị hút chân
không cao

trên mặt đế rắn. Sơ đồ nguyên lý
của phương pháp bốc bay nhiệt

Thuyền điện trờ
óỏ đốt)

Hình Ì .4. Sơ đồ nguyên lý hệ bốc bay nhiệt.

được mô tả trong hình Ì .4.

Bộ phận chính của thiết bị bốc bay nhiệt là buồng chân không (chuông
chân không) được hút chân không cao (cỡ 10" -10" mmHg) nhờ các bơm
5

6

chân không. Nguồn nhiệt thường được chế tạo đuôi dạng thuyền, nồi hay giỏ
đựng vật liệu gốc. Các vật làm nguồn nhiệt thường là các lá kim loại có điện
trở suất lớn và chịu được nhiệt độ cao (trên 1000°C) như: W(Wonlfram), Ta
(Tantan)...ở dạng dây hoặc lá mỏng. Đe tránh phản ứng giữa vật liệu bay hơi
với các kim loại làm nguồn nhiệt, các lim loại làm nguồn nhiệt thường được
phủ các vật liệu: AI2O3, B 0 ,...lên các dây l i m loại để tạo thành nồi chứa vật

chế hỉnh thành cấu trúc nano:
- Cơ chế hơi - lỏng - rán (VLS -

Vapor-Liquid-Solid).

- Cơ chế hơi - rắn (VS - Vapor - Solid).
1.4.1. C ơ chế H ơ i - L ỏ n g - Rắn (VLS -

Vapor-Liquid-Soliđ)

Cơ chế này đã được Wagner sử dụng từ những năm 1960 để nuôi các
whisher(chùm) Si có kích thước micomet. Hiện nay, nó đã trở thành một
trong những phương pháp thu được nhiều kết quả tốt và được sử dụng rộng
rãi để chế tạo các dây lượng tử: Ge, Si,—[13]
Trong cơ chế VLS, đầu tiên các đám nano k i m loại có vai trò chất xúc
tác, được đốt nóng đến nhiệt độ cao hom nhiệt độ đông đặc (điểm Eutectic)
của hệ kim loại-bán dẫn, nó sẽ tạo thành một giọt chất lỏng hợp k i m của lõm
loại-bán dẫn. Các giọt lỏng hợp kim này tiếp tục hấp thụ hơi chất bán dẫn.
K h i các chất bán dẫn trong giọt lỏng hợp k i m đạt đến trạng thái quá bão hoa,
thì hình thành mầm kết tinh và dây hoặc thanh nano tiếp tục dài ra chừng nào
giọt lỏng hợp kim vẫn ở trạng thái lỏng.
Quá trinh lớn lên của các cấu trúc nano được giả thiết theo chiều tò dưới
lên trên và đã được thực nghiệm chứng minh. Các giai đoạn phát triển của
một trong các cấu trúc nano được mô tả như ứong hình 1.5.

Giai đoạn ì

Giai đoạn l i

Giai đoạn IU


N

tan hoàn toàn vào nhau. Ở trạng thái
rắn các cấu tử không hoa tan vào
Hỉnh Ì .6. Hệ hai cấu tử với trường hợp
tạo thành Eutectic đơn giản.

nhau nghĩa là kết tinh hoàn toàn
nguyên chất không có dung dịch rắn,

trong giản đồ chia làm 4 miền khác nhau: miền ì ứng v ớ i pha lỏng (hai cấu tử
A và B hoa tan hoàn toàn vào nhau), miền l i và miền I U có hai pha lỏng và
pha rắn, miền l i có pha lỏng dung dịch bão hoa của A và pha rắn tinh thể của
A, miền B là pha lỏng dung dịch bão hoa của B và pha rắn tinh thể của B
miền I V là pha rắn. Điểm E là điểm Eutectic biểu diễn dung dịch lỏng bão
hoa của pha A và B, hai đường
K E và HE là đường kết tinh rắn

1000

A (KE) và đường kết tinh rắn B
(HE). Hình 1.7 là hình vẽ giản
đồ pha của hệ A u - Ge.
Quá trình nuôi dây nano Ge
đã được Yang và cộng sự (2001)

ạ
Ù
5.

40
60
80
Au
Weight % Gé

100
Ge

Hình Ì .7. Giản đồ pha của hệ Au - Ge.

14

Khoa KHTN&XH
18


Khoá luận tốt nghiệp

Trần Thị Thu Hương

đoạn ì: tạo hợp k i m Au-Ge; Giai đoạn l i : tạo mầm tinh thể Ge; Giai đoạn IU:
kéo dây nano. Các giai đoạn này được biểu diễn trên hình Ì .8.
Giai đoạn ì: Quá trình tạo hợp kim: Nêu không có sự ngưng đọng pha
hơi Ge thì đám A u sẽ g i ữ nguyên trạng thái rắn đến 9 0 0 ° c . K h i tăng lượng
hơi Ge láng đọng và lượng Ge hoa tan, Ge và A u sẽ tạo thành hợp kim và hoa
lỏng. Thể tích của các giọt hợp kim tăng và tỷ l ệ giữa các nguyên tố không
quá chênh lệch. K h i đó tồn tại hai miền: miền 2 pha (Au rắn và họp kim lỏng
Au/Ge), miền đơn pha (lỏng).
Giai đoạn l i : Quá ừ-ình tạo mầm: K h i thành phàn Ge trong họp kim tăng


Khoa KHTN&XH
19


Khoa luận tốt nghiệp

Trần Thị Thu Hương

Cơ chế VLS đã được sử dụng trong vài thập k ỷ qua để chế tạo vật liệu
nano một chiều. Bằng cách điều khiển cẩn thận quá trình tạo mầm và quá
trình nuôi, các nhà nghiên cứu đã có thể chế tạo các dây nano và thanh nano
từ các bán dẫn nhóm I V (Ge, Si,..), hợp chất bán dẫn A B v (InAs, GaAs,
m

GÒN, ...), A„Bvi (ZnS, CdS,...), và các oxit (ZnO, MgO,...)- Trong các hợp
chất này thì những hợp chất bán dẫn được áp dụng nhiều trong khoa học và
công nghệ: GaAs, GaN và ZnO.
Điểm quan trọng của phương pháp dùng cơ chế VLS là:
1) Dùng giản đồ pha cân bằng dự đoán các vật liệu xúc tác và các điều
kiện nuôi để tạo được quá trình phát triển cấu trúc nano một chiều.
2) K h i dùng một kim loại làm xúc tác thì ta thu được dây nano bán dẫn
nhưng kim loại đó có ảnh hưởng ít nhiều đến tính chất của dây nano. Do đó
cần có sự lựa chọn kim loại làm xúc tác.
1.4.2. C ơ chế hoi-rắn (VS -

Vapor-Soliđ)

Cơ chế v s được đưa ra vào những năm
50 của thế kì trước trong việc giải thích sự

dò quét SPM (Scanning Probe Microscopy) nói chung đều dựa trên hiệu ứng
giữa đầu dò với bề mặt mẫu. Kích thước đầu dò thường rất bé, sự thay đ ổ i vị
trí của đầu dò sẽ dẫn tới sự thay đ ổ i mức độ tương tác. X ử lý các tín hiệu sẽ
cho ta thông tin về địa hình bề mặt mẫu, tính dẫn điện, cấu trúc điện tử và cấu
trúc nguyên tử bề mặt.
Kính hiển v i lực nguyên tử dựa trên lực nguyên tử khi các nguyên tử của
mũi dò và mẫu gàn nhau. Lực này có thể là lực hút khi hai nguyên tử đủ gần
nhau và là lực đẩy khi hai nguyên tử xa nhau.
Kính hiển v i lực nguyên tử có ba cách thu tín hiệu để tạo ảnh là chế độ
lực không đ ổ i , chế độ giữ mẫu không đổi và chế độ dao động.
M ộ t kính hiển v i lực nguyên tử có thể hoạt động theo sơ đồ hình 1.10.

LỚD CN Vát lý K2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

17

Khoa KHTNỔcXH
21


Khoa luận tốt nghiệp

Trần Thị Thu Hương

Máy
tính

Hình Ì. 10. Sơ đồ mô tả kính hiển vi lực nguyên tử AFM.
Chùm sáng laser từ 2 được chiếu vào một điểm trên đầu lò xo lá Ì và

Bơm chân
không

Khuếch đại

Hình Ì. 11. Sơ đồ khối của kính hiển vi điện tử quét.
1.5.2. Quan sát bằng kính hiển v i điện t ử truyền qua
Eỉectron

(TEM-Transmission

Microcopè)

T E M là một thiết bị nghiên cứu, sử dụng chùm điện tử có năng lượng
cao chiếu xuyên qua mẫu nhỏ và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ
phóng đại lòn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh
quang, hay trên s i m quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp k ỹ thuật số.
Các bộ phận chính của T E M : M ộ t súng phóng điện tử tạo ra chùm tia
electron đơn sắc; một thấu kính từ, dùng để hội tụ các electron thành chùm
hẹp; bàn đặt mẫu; vật kính là thấu kính điện tử, dùng để hội tụ chùm electron
truyền qua mẫu; l ỗ m ở khẩu độ để chọn diện tích tăng độ tương phản của ảnhmột số thấu kính trung gian dùng để phóng đại ảnh. Hình 1.12 là sơ đồ
nguyên lý của kính hiển v i điện tử truyền qua.

LớpCNVâtlỶK2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

19

Khoa KHTN&XH
23


Resolution

TEM) đạt đến 0,1 nin, đủ để quan sát
những chi tiết có kích cỡ nanomet. Hạn
chế lớn nhất của T E M là phải xử lý
mẫu đủ mỏng để có thể cho chùm điện

Hình Ì. 12. Sơ đồ nguyên lý của kính
hiển vi điện tử truyền qua [14].

tử đi xuyên qua mẫu quan sát. Đ ể hoạt động ở chế độ HRTEM, mẫu càng
phải mỏng. M ộ t điều nữa là do sử dụng chùm điện tử năng lượng cao, nên
T E M chỉ hoạt động được ở chế độ chân không cao.
1.5.3. P h ư ơ n g p h á p nhiễu xạ tia X (XRD-X Ray

Difraction)

Phương pháp nhiễu xạ tia X là một trong các phương pháp để xác định
cấu trúc tinh thể và pha của vật liệu. Nguyên tắc đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
là hiện tượng tán xạ của tia Rơn-ghen bởi các nguyên tử trong tinh thể. Các
tia tán xạ này giao thoa với nhau và tạo ảnh nhiễu xạ tia X.

LớpCNVậttýK2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

20

Khoa KHTN&XH
24


Từ việc xác định góc 0 ta xác định được d và thành phần và cấu trúc của
vật liệu cần phân tích.
Chụp ảnh nhiễu xạ tia X có thể thực hiện với mẫu bột (đa tinh thể) hoặc
mẫu màng. Ngoài việc dùng nhiễu xạ tia X để đo đặc trưng cấu trúc thì nó còn
có thể để xác định kích thước tinh thể và chiều dày màng.
Kích thước tinh thể có thể xác định từ nhiễu xạ tia X theo công thức sau:
k.Ằ
D =ậ.cose
Trong đó:

(1.2)

k là hằng số tỷ l ệ có giá trị xấp xỉ Ì.
p là độ rộng bán đỉnh.
D kích thước tinh thể.
A. là bước sóng của tia X sử dụng.

LỚP CN Vát lý K2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Khoa KHTN&YH
25