Thạc Sĩ ứng dụng phương pháp laue vào khảo sát tính đối xứng của vật liệu

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ vật liệu, linh kiện bán dẫn đã thay đổi sâu sắt diện mạo xã hội trên mọi lĩnh vực. Trong tiến trình lịch sử của sự phát triển này, các loại vật liệu có cấu trúc tinh thể đã đóng một vai trò then chốt trong sự phát triển của các loại vật liệu mới. Do đó việc xác định cấu trúc, tính chất đối xứng các loại vật liệu này giữ vai trò vô cùng quan trọng trong công nghệ vật liệu đặc biệt là trong vật liệu bán dẫn cũng như trong tinh thể, đá quý . Như chúng ta biết do tính dị hướng của vật liệu tinh thể mà các tính chất cơ, quang, nhiệt, điện theo các hướng khác nhau thì khác nhau. Tùy vào mục đích ứng dụng, các nhà sản xuất chế tạo các loại vật liệu với những mặt định hướng khác nhau nhằm đáp ứng các nhu cầu trong các ngành công nghệ hiện nay. Do đó, việc xác định mặt định hướng của vật liệu là cần thiết.
Bên cạnh đó, để nâng cao chất lượng thẫm mĩ của các loại vật liệu đá quý như ruby, thạch anh, saphia chúng cũng cần xác định mặt định hướng và bậc đối xứng để định hướng trong cưa cắt và chế tác vật liệu.
Như chúng ta được biết, nhiễu xạ Bột là phương pháp mạnh nhất về xác định cấu trúc vật liệu nhưng đối với một số loại vật liệu đá quý hay vật liệu ứng dụng làm đế trong chế tạo linh kiện cần xác định mặt định hướng hay bậc đối xứng của tinh thể thì phương pháp nhiễu xạ Bột chưa đạt được. Và phương pháp mạnh nhất để nghiên cứu sự định hướng, bậc đối xứng và dự đoán sơ bộ về cấu trúc của vật liệu đơn tinh thể là phương pháp Laue.

MỤC LỤC
Lời cảm ơn i
Mục lục . iii
Danh mục các bảng . vi
Danh mục các hình . vii
Lời mở đầu . xii
PHẦN A LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1
CHƯƠNG 1 TINH THỂ VÀ LÝ THUYẾT NHIỄU XẠ TIA X 2
1.1 TỔNG QUAN VỀ TINH THỂ . 2
1.1.1 Tinh thể và các tính chất cơ bản của tinh thể . 2
1.1.2 Các yếu tố đối xứng . 3
1.1.3 Các hệ tinh thể 5
1.1.4 Phép chiếu dùng trong tinh thể học - Lưới Wult . 7
1.1.4.1 Phép chiếu gnomon 7
1.1.4.2 Phép chiếu nổi 8
1.1.4.3 Lưới Wult . 10
1.2 Lý thuyết về nhiễu xạ tia X trên tinh thể 13
1.2.1 Tia X (tia Rơn-ghen) 13
1.2.2 Nhiễu xạ tia X 15
1.2.3 Định luật Bragg 16
CHƯƠNG 2CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XRD . 18
2.1 Phương pháp nhiễu xạ bột (hay Phương pháp Debye-Sherrer) 18
2.1.1 Đặc điểm của phương pháp bột . 18
2.1.2 Phương pháp Debye-Scherrer 19
2.1.3 Phương pháp nhiễu xạ kế . 21
iv
2.1.4 Những ứng dụng phân tích của phương pháp bột, nhiễu xạ tia X . 23
2.2 Phương pháp quay đơn tinh thể 23
2.3 Phương pháp Laue . 24
2.3.1 Nguyên lý tạo ảnh nhiễu xạ Laue . 26
2.3.2 Phân loại phương pháp Laue 28
2.3.2.1 Phương pháp Laue truyền qua 28
2.3.2.2.Phương pháp Laue phản xạ 29
2.3.3 Ứng dụng phương pháp Laue . 31
CHƯƠNG 3VẬT LIỆU ĐƠN TINH THỂ . 33
3.1 Silic đơn tinh thể (chế tạo theo định hướng tinh thể) 33
3.2 Tinh thể KDP (vật liệu nuôi trồng tự nhiên) 35
3.2.1 Tính chất hóa học và vật lý của vật liệu KDP 35
3.2.2 Cấu trúc tinh thể của KDP . 36
3.2.3 Những tính chất đặc biệt và ứng dụng của KDP 37
3.3 Tinh thể đá quý Ruby (vật liệu tự nhiên) . 38
3.3.1 Tính chất vật lý và hóa học 39
3.3.2 Cấu trúc tinh thể . 40
3.3.3 Đặc điểm bao thể 42
3.4 Tinh thể thạch anh (vật liệu tự nhiên) . 43
3.4.1 Tính chất vật lý và hóa học 43
3.4.2 Cấu trúc tinh thể . 44
3.4.3 Đặc điểm bao thể 45
3.4.4 Ứng dụng 46
PHẦN B THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN . 47
CHƯƠNG 4 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM . 48
4.1 XÂY DỰNG HỆ ĐO LAUE . 48
4.1.1 Nguyên tắc và cấu tạo: . 48
4.1.2 An toàn tia Rơn ghen: 52
v
4.2 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM CHỤP ẢNH LAUE 54
4.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 54
4.3 Quy trình xác định mặt định hướng và đối xứng của vật liệu . 58
4.3.1 Xác định sự định hướng của tinh thể . 58
4.3.2 Xác định sự đối xứng của tinh thể 65
4.4 Các thông số ảnh hưởng đến kết quả đo . 68
4.4.1 Thời gian chụp mẫu tinh thể trong phương pháp Laue: . 68
4.4.2 Khoảng cách từ mẫu tới phim: . 70
4.4.3 Góc hợp bởi chùm tia X tới với mặt mạng tinh thể . 71
4.4.3.1 Dùng bàn tròn xoay để thay đổi góc tới theta của chùm tia X tới với
mặt phẳng mẫu. 72
4.2.3.2 Dùng mặt cong 1 và mặt cong 2 để điều chỉnh góc tới theta của
chùm tia X tới với mặt phẳng mẫu. 74
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN . 83
5.1 NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU ĐƠN TINH THỂ ĐÁ QUÝ TỰ NHIÊN . 83
5.1.1 Mẫu saphia . 83
5.1.2 Mẫu thạch anh tự nhiên 90
5.1.2.1 Thạch anh tím . 90
5.1.2.2 Thạch anh trắng 92
5.1.3 Mẫu Ruby tự nhiên 100
5.2. NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU ĐƠN TINH THỂ NHÂN TẠO 105
5.2.1 Nghiên cứu vật liệu đơn tinh thể nuôi trồng KDP . 105
5.2.2 Nghiên cứu vật liệu đơn tinh thể chế tạo từ công nghiệp 111
5.2.2.1 Mẫu đơn tinh thể saphia đế 111
5.2.2.2 Mẫu đơn tinh thể Silic đế . 112
PHẦN C KẾT LUẬN . 114
Tài liệu tham khảo 116