Luận văn thạc sĩ HCMUTE về phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể qua nhiễu x quang

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể qua nhiễu x quang, ứng dụng trong khoa học vật liệu.

• Tác giả: Lê Thị Mỹ Linh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Cương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Phát Triển Phần Mềm Phân Tích Vật Liệu Tinh Thể Bằng Nhiễu Xạ X – Quang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Ứng dụng nhiễu xạ x-quang trong phân tích vật liệu
• 1.1.1. Tình hình trong nước
• 1.1.2. Tình hình quốc tế
• 1.1.2.1. Phần mềm Axio Vision
• 1.1.2.2. Phần mềm MDI Jade
• 1.1.2.3. Phần mềm Maud
• 1.1.2.4. Phần mềm OriginPro
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
• 1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.3.2. Giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Điểm mới của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Khái niệm về x-quang
• 2.2. Định luật Bragg
• 2.3. Các phương pháp đo
• 2.4. Hiệu chỉnh đường nhiễu xạ x-ray
• 2.4.1. Hiệu chỉnh nền
• 2.4.2. Hiệu chỉnh hệ số LPA
• 2.5. Phương pháp xác định vị trí đỉnh
• 2.5.1. Phương pháp parabola
• 2.5.2. Phương pháp đường cong Gaussian
• 2.5.3. Phương pháp trọng tâm
• 2.5.4. Phương pháp bề rộng trung bình
• 2.6. Làm mịn dữ liệu
• 2.7. Nguyên lý phân tích đường nhiễu xạ
• 2.7.1. Nguyên lý xác định các mặt nhiễu xạ hkl
• 2.7.2. Xác định các đỉnh nhiễu xạ từ các mặt nhiễu xạ thu được
• 2.7.3. Xác định các chỉ số hkl của các mặt nhiễu xạ
• 2.8. Lý thuyết xác định tỉ lệ pha dựa vào năng lượng nhiễu xạ toàn phần của mỗi pha
• 2.8.1. Công thức tính tỉ lệ pha dựa vào năng lượng nhiễu xạ
• 2.8.2. Xác định năng lượng Eijα của mỗi pha
• 2.8.3. Phương pháp tiến hành xử lý dữ liệu đo đạc
• 2.8.3.1. Hiệu chỉnh nền nhiễu xạ
• 2.8.3.2. Chọn phạm vi bề rộng đáy nhiễu xạ X
• 2.9. Xác định kích thước tinh thể
• 2.9.1. Kích thước hạt
• 2.9.2. Kích thước hạt tinh thể
• 2.10. Đo chiều dày lớp mạ
• 2.10.1. Theo phương pháp nhiễu xạ X-quang
• 2.10.2. Tính độ dày lớp mạ theo công thức Faraday
• 2.10.3. Phương pháp chụp ảnh kim tương
• 2.10.4. Phương pháp từ trường
• 2.10.5. Phương pháp siêu âm
• 3. CHƯƠNG 3: PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU
• 3.1. Lập trình ứng dụng trong công nghiệp và kỹ thuật
• 3.1.1. Tổng quan về lập trình
• 3.1.2. Ứng dụng lập trình trong công nghiệp và kỹ thuật
• 3.1.3. Chọn ngôn ngữ lập trình
• 3.2. Chương trình phân tích vật liệu từ nhiễu xạ x-ray
• 3.2.1. Cấu trúc chương trình
• 3.2.2. Lưu đồ của chương trình
• 3.2.2.1. Phân tích dữ liệu nhiễu xạ
• 3.2.2.2. Tỉ lệ pha
• 3.2.2.3. Xác định kích thước tinh thể
• 3.2.2.4. Xác định chiều dày lớp mạ
• 3.3. Định dạng tập tin dữ liệu nhiễu xạ
• 3.4. Giao diện và thao tác của chương trình
• 3.4.1. Phân tích vật liệu
• 3.4.2. Xác định tỉ lệ pha
• 3.4.3. Xác định kích thước tinh thể
• 3.4.4. Xác định chiều dày lớp mạ
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU
• 4.1. Kiểm nghiệm phân tích dữ liệu nhiễu xạ của vật liệu CeO2
• 4.2. Kiểm nghiệm xác định tỉ lệ pha của vật liệu ba pha
• 4.3. Kiểm nghiệm xác định chiều dày lớp mạ Niken của thép SS400
• 4.4. Kiểm nghiệm xác định kích thước tinh thể của vật liệu Zeolite
• 4.5. Kết quả đạt được
• 4.6. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nhiễu x quang trong phân tích vật liệu

Nhiễu x quang là một phương pháp quan trọng trong việc phân tích vật liệu. Phương pháp này cho phép xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu tinh thể mà không làm hỏng mẫu. Việc ứng dụng nhiễu x quang trong phân tích vật liệu đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới. Tại Việt Nam, nghiên cứu về vật liệu bằng phương pháp này còn đang ở giai đoạn phát triển. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào việc tìm hiểu và ứng dụng lý thuyết nhiễu x quang vào thực tiễn. Tuy nhiên, việc phát triển phần mềm hỗ trợ phân tích vẫn còn hạn chế. Đề tài này nhằm phát triển phần mềm phân tích vật liệu dựa trên lý thuyết nhiễu x quang, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong việc phân tích dữ liệu nhiễu x quang.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng nhiễu x quang trong lĩnh vực vật liệu đã được thực hiện nhưng chưa đạt được nhiều thành tựu nổi bật. Các nghiên cứu chủ yếu dừng lại ở mức độ tìm hiểu và ứng dụng lý thuyết mà chưa có những phần mềm chuyên dụng để hỗ trợ phân tích. Việc sử dụng các phần mềm không chuyên như Excel hay OriginPro để phân tích dữ liệu nhiễu x quang vẫn còn phổ biến. Điều này cho thấy nhu cầu cấp thiết về việc phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể bằng nhiễu x quang là rất lớn.

1.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế

Trên thế giới, nhiễu x quang đã được nghiên cứu và ứng dụng từ rất lâu. Các phần mềm như Axio Vision, MDI Jade, và Maud đã được phát triển để hỗ trợ phân tích dữ liệu nhiễu x quang. Những phần mềm này cung cấp nhiều chức năng như xác định kích thước tinh thể, tỉ lệ pha, và các thông số khác của vật liệu. Tuy nhiên, các phần mềm này chủ yếu sử dụng ngôn ngữ tiếng Anh và chưa hoàn toàn đáp ứng nhu cầu của người dùng Việt Nam. Do đó, việc phát triển một phần mềm phân tích vật liệu bằng nhiễu x quang với giao diện tiếng Việt là một bước tiến quan trọng.

II. Phương pháp nghiên cứu và phát triển phần mềm

Đề tài này tập trung vào việc phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể dựa trên phương pháp nhiễu x quang. Phần mềm được xây dựng trên nền tảng ngôn ngữ lập trình C#, cho phép người dùng dễ dàng thao tác và phân tích dữ liệu. Các chức năng chính của phần mềm bao gồm phân tích ứng suất, xác định tỉ lệ pha, kích thước tinh thể và chiều dày lớp mạ. Việc phát triển phần mềm không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc phân tích dữ liệu. Phần mềm này sẽ hỗ trợ các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong việc phân tích và đánh giá các tính chất của vật liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả.

2.1. Nghiên cứu lý thuyết nhiễu x quang

Nghiên cứu lý thuyết về nhiễu x quang là bước đầu tiên trong việc phát triển phần mềm. Các lý thuyết này bao gồm định luật Bragg, các phương pháp đo và hiệu chỉnh dữ liệu nhiễu x quang. Việc hiểu rõ các lý thuyết này sẽ giúp cho việc lập trình phần mềm trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước đã được tham khảo để xây dựng nền tảng lý thuyết cho phần mềm.

2.2. Phát triển phần mềm X Pro 1.0

Phần mềm X-Pro 1.0 được phát triển với mục tiêu cung cấp một công cụ mạnh mẽ cho việc phân tích vật liệu. Phần mềm này cho phép người dùng nhập dữ liệu nhiễu x quang và thực hiện các phân tích cần thiết. Các chức năng như xác định tỉ lệ pha của vật liệu ba pha, kích thước tinh thể và chiều dày lớp mạ được tích hợp vào phần mềm. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả công việc mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình phân tích.

III. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn

Phần mềm X-Pro 1.0 đã được kiểm nghiệm và cho thấy khả năng phân tích dữ liệu nhiễu x quang một cách chính xác. Kết quả phân tích từ phần mềm đã được so sánh với các phương pháp truyền thống và cho thấy sự tương đồng cao. Điều này chứng tỏ rằng phần mềm có thể được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và phát triển vật liệu. Việc sử dụng phần mềm này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc phân tích các tính chất của vật liệu tinh thể.

3.1. Ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu

Phần mềm X-Pro 1.0 có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, từ vật liệu xây dựng đến vật liệu điện tử. Việc phân tích chính xác các tính chất của vật liệu sẽ giúp các nhà nghiên cứu đưa ra các giải pháp tối ưu trong thiết kế và chế tạo sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển và yêu cầu về chất lượng vật liệu ngày càng cao.

3.2. Tiềm năng phát triển trong tương lai

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin và nhu cầu ngày càng cao về phân tích vật liệu, phần mềm X-Pro 1.0 có tiềm năng lớn để phát triển thêm nhiều chức năng mới. Các tính năng như phân tích dữ liệu tự động, tích hợp với các thiết bị đo hiện đại sẽ được xem xét để nâng cao khả năng của phần mềm. Điều này không chỉ giúp phần mềm trở nên toàn diện hơn mà còn đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Phương pháp nhiễu xạ X-quang (XRD) là một trong những kỹ thuật kiểm tra không phá hủy được ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong phân tích vật liệu tinh thể. Từ dữ liệu nhiễu xạ, có thể xác định các tính chất quan trọng của vật liệu như ứng suất, tỉ lệ pha, kích thước tinh thể, chiều dày lớp mạ và hệ số đàn hồi. Ở Việt Nam, việc ứng dụng XRD trong lĩnh vực cơ khí và vật liệu còn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, chưa có phần mềm chuyên dụng thuần Việt hỗ trợ phân tích nhanh chóng và hiệu quả. Các phần mềm hiện có như Axio Vision, MDI Jade, Maud hay OriginPro chủ yếu tập trung vào một số chức năng riêng biệt và sử dụng ngôn ngữ tiếng Anh, gây khó khăn cho người dùng trong nước.

Luận văn thạc sĩ này nhằm mục tiêu nghiên cứu và phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể dựa trên phương pháp nhiễu xạ X-quang, sử dụng ngôn ngữ lập trình C#. Phần mềm X-Pro 1.0 được phát triển có khả năng phân tích dữ liệu nhiễu xạ, xác định tỉ lệ pha của vật liệu ba pha, kích thước tinh thể và chiều dày lớp mạ một cách nhanh chóng và chính xác. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian 6 tháng, tập trung vào dữ liệu nhiễu xạ thu thập từ các máy đo XRD tiêu chuẩn. Việc phát triển phần mềm không chỉ nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế trong phân tích vật liệu mà còn góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí và vật liệu tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết nền tảng về nhiễu xạ X-quang và phân tích vật liệu tinh thể, trong đó có:

• Định luật Bragg: Mối quan hệ giữa bước sóng tia X, góc nhiễu xạ và khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử trong tinh thể, được biểu diễn bằng công thức $$n\lambda = 2d_{hkl} \sin \theta$$, là cơ sở để xác định cấu trúc tinh thể và các chỉ số Miller (hkl).

• Phương pháp đo kiểu (\psi) và (\Omega): Hai phương pháp đo phổ biến trong XRD để thu thập dữ liệu nhiễu xạ, bao gồm các biến thể cố định góc (\psi), (\psi_0), (\eta), và (\eta_0), giúp hiệu chỉnh hệ số hấp thụ và phân cực (hệ số LPA).

• Phương pháp xác định vị trí đỉnh nhiễu xạ: Bao gồm các kỹ thuật parabola, Gaussian, trọng tâm và bề rộng trung bình để xác định chính xác vị trí đỉnh và độ rộng của các đỉnh nhiễu xạ, từ đó tính toán kích thước tinh thể và các đặc tính vật liệu.

• Lý thuyết xác định tỉ lệ pha dựa trên năng lượng nhiễu xạ toàn phần: Tỉ lệ pha của vật liệu đa pha được tính dựa trên tổng năng lượng nhiễu xạ của từng pha, sử dụng công thức tổng quát cho vật liệu ba pha.

• Phương pháp tính kích thước tinh thể và chiều dày lớp mạ: Sử dụng công thức Scherrer để xác định kích thước tinh thể từ độ rộng đỉnh nhiễu xạ (FWHM) và phương pháp đo chiều dày lớp mạ dựa trên phân tích cường độ nhiễu xạ theo phương pháp (\Omega).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các tập dữ liệu nhiễu xạ X-quang thu thập từ các mẫu vật liệu chuẩn và thực tế, bao gồm vật liệu CeO2, thép SS400, zeolite và các vật liệu ba pha khác. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm nhiều bộ dữ liệu nhiễu xạ với các điều kiện đo khác nhau nhằm kiểm nghiệm tính chính xác và độ tin cậy của phần mềm.

Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn các dữ liệu đại diện cho các loại vật liệu phổ biến trong kỹ thuật cơ khí và vật liệu, đảm bảo tính đa dạng về cấu trúc tinh thể và thành phần pha.

Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng cách lập trình phần mềm X-Pro 1.0 trên nền tảng ngôn ngữ C#, áp dụng các thuật toán xử lý tín hiệu như làm mịn dữ liệu (moving window averaging với nL=nR=9), hiệu chỉnh nền và hệ số LPA, xác định vị trí đỉnh bằng phương pháp parabola và Gaussian, tính toán tỉ lệ pha, kích thước tinh thể và chiều dày lớp mạ.

Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 6 tháng, bao gồm các giai đoạn: nghiên cứu lý thuyết, phát triển thuật toán, lập trình phần mềm, kiểm nghiệm và hiệu chỉnh kết quả với dữ liệu thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phát triển thành công phần mềm X-Pro 1.0 với các chức năng phân tích vật liệu dựa trên dữ liệu nhiễu xạ X-quang, bao gồm xác định tỉ lệ pha của vật liệu ba pha, kích thước tinh thể và chiều dày lớp mạ. Phần mềm cho phép xử lý nhanh chóng dữ liệu với độ chính xác cao, giảm thời gian tính toán so với phương pháp thủ công.

2. Kết quả phân tích tỉ lệ pha của vật liệu ba pha bằng phần mềm so sánh với phương pháp hóa học cho thấy sai số nhỏ, với độ lệch trung bình dưới 5%, minh chứng cho tính chính xác và tin cậy của phần mềm (Bảng 4.2).

3. Xác định kích thước tinh thể của mẫu zeolite A đạt kết quả tương đồng với dữ liệu TEM, kích thước trung bình khoảng 3 µm, phù hợp với tiêu chuẩn ASTM về cấp hạt (Bảng 4.5). Độ rộng Scherrer của đỉnh nhiễu xạ được đo chính xác, cho phép đánh giá kích thước hạt tinh thể hiệu quả.

4. Tính toán chiều dày lớp mạ Niken trên thép SS400 bằng phần mềm cho kết quả tương đương với các phương pháp đo truyền thống như chụp ảnh kính hiển vi điện tử và đo từ trường, với sai số trong khoảng 3-7% (Bảng 4.7).

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả chính xác là do phần mềm áp dụng đầy đủ các bước xử lý dữ liệu như hiệu chỉnh nền, hệ số LPA, làm mịn dữ liệu và sử dụng các thuật toán xác định vị trí đỉnh nhiễu xạ tiên tiến. So với các phần mềm nước ngoài như Axio Vision hay MDI Jade, X-Pro 1.0 có ưu điểm là giao diện thuần Việt, dễ sử dụng và tích hợp nhiều chức năng trong một hệ thống.

Kết quả phân tích tỉ lệ pha và kích thước tinh thể phù hợp với các nghiên cứu quốc tế, đồng thời phần mềm giúp giảm thiểu sai số do thao tác thủ công và tăng tốc độ xử lý dữ liệu. Việc xác định chiều dày lớp mạ cũng được cải thiện nhờ áp dụng công thức tính toán dựa trên cường độ nhiễu xạ và hệ số hấp thụ chính xác.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ giản đồ nhiễu xạ, bảng so sánh kết quả phân tích giữa phần mềm và các phương pháp truyền thống, giúp người dùng dễ dàng đánh giá và đối chiếu kết quả.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng chức năng phần mềm để hỗ trợ phân tích vật liệu đa pha với số lượng pha lớn hơn ba, nhằm đáp ứng nhu cầu nghiên cứu và sản xuất phức tạp hơn trong tương lai. Thời gian thực hiện dự kiến 12 tháng, do nhóm phát triển phần mềm đảm nhiệm.

2. Tích hợp giao diện đa ngôn ngữ, đặc biệt là tiếng Anh, để phần mềm có thể được sử dụng rộng rãi hơn trong cộng đồng nghiên cứu quốc tế và các doanh nghiệp đa quốc gia. Mục tiêu hoàn thành trong 6 tháng.

3. Phát triển module phân tích dữ liệu tự động dựa trên trí tuệ nhân tạo và học máy, giúp tự động nhận diện các đỉnh nhiễu xạ và đề xuất kết quả phân tích chính xác hơn, giảm thiểu sự can thiệp thủ công. Thời gian nghiên cứu và phát triển khoảng 18 tháng.

4. Tổ chức các khóa đào tạo và hội thảo giới thiệu phần mềm cho các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp trong lĩnh vực vật liệu và cơ khí, nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng sử dụng phần mềm. Chủ thể thực hiện là trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh phối hợp với các đơn vị liên quan, triển khai hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí và vật liệu: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về lý thuyết nhiễu xạ X-quang và ứng dụng phần mềm phân tích vật liệu, hỗ trợ nghiên cứu và giảng dạy.

2. Kỹ sư và chuyên gia phân tích vật liệu tại các doanh nghiệp sản xuất và kiểm định chất lượng: Phần mềm X-Pro 1.0 giúp tăng hiệu quả công việc, rút ngắn thời gian phân tích và nâng cao độ chính xác trong kiểm tra vật liệu.

3. Sinh viên cao học và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật cơ khí, vật liệu: Tài liệu luận văn là nguồn tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, phát triển phần mềm và ứng dụng kỹ thuật số trong phân tích vật liệu.

4. Các nhà phát triển phần mềm kỹ thuật và công nghệ thông tin: Luận văn trình bày chi tiết về quy trình phát triển phần mềm chuyên dụng trong lĩnh vực kỹ thuật, từ lý thuyết đến thực tiễn, giúp mở rộng kiến thức và ứng dụng công nghệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Phần mềm X-Pro 1.0 có thể phân tích được những loại vật liệu nào?
   Phần mềm hỗ trợ phân tích vật liệu tinh thể đa pha, đặc biệt là vật liệu ba pha phổ biến trong kỹ thuật cơ khí như thép hợp kim, zeolite và các vật liệu oxit. Nó có thể xử lý dữ liệu nhiễu xạ X-quang thu thập từ các máy đo tiêu chuẩn.

2. Độ chính xác của phần mềm so với các phương pháp truyền thống như thế nào?
   Kết quả phân tích tỉ lệ pha, kích thước tinh thể và chiều dày lớp mạ của phần mềm có sai số trung bình dưới 5-7% so với các phương pháp hóa học, kính hiển vi điện tử và đo từ trường, đảm bảo độ tin cậy cao trong ứng dụng thực tế.

3. Phần mềm có hỗ trợ người dùng không chuyên về kỹ thuật không?
   Giao diện phần mềm được thiết kế thân thiện, sử dụng tiếng Việt, có hướng dẫn thao tác chi tiết giúp người dùng không chuyên cũng có thể dễ dàng nhập dữ liệu và nhận kết quả phân tích nhanh chóng.

4. Phần mềm có thể xử lý dữ liệu nhiễu xạ thô hay cần phải làm sạch trước?
   Phần mềm tích hợp các thuật toán làm mịn dữ liệu, hiệu chỉnh nền và hệ số LPA, do đó có thể xử lý dữ liệu thô thu thập từ máy đo, giảm thiểu sai số do nhiễu tín hiệu và tạp chất.

5. Có kế hoạch phát triển phần mềm trong tương lai không?
   Có, tác giả đề xuất mở rộng chức năng phân tích đa pha, tích hợp trí tuệ nhân tạo và phát triển giao diện đa ngôn ngữ để nâng cao khả năng ứng dụng và mở rộng thị trường sử dụng phần mềm.

Kết luận

• Đã phát triển thành công phần mềm X-Pro 1.0 phân tích vật liệu tinh thể dựa trên phương pháp nhiễu xạ X-quang với các chức năng xác định tỉ lệ pha ba pha, kích thước tinh thể và chiều dày lớp mạ.
• Phần mềm giúp tăng tốc độ xử lý dữ liệu, nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế trong phân tích vật liệu so với phương pháp thủ công và các phần mềm nước ngoài.
• Kết quả kiểm nghiệm với các mẫu vật liệu chuẩn và thực tế cho thấy phần mềm có độ tin cậy cao, phù hợp với yêu cầu nghiên cứu và ứng dụng trong kỹ thuật cơ khí.
• Đề xuất mở rộng chức năng, tích hợp công nghệ mới và tổ chức đào tạo để phát triển phần mềm trong tương lai.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu, kỹ sư và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, vật liệu tham khảo và ứng dụng phần mềm nhằm nâng cao năng lực phân tích vật liệu tại Việt Nam.

Hành động tiếp theo là triển khai các đề xuất phát triển phần mềm, đồng thời tổ chức các buổi hội thảo giới thiệu và đào tạo sử dụng phần mềm X-Pro 1.0 cho cộng đồng kỹ thuật và nghiên cứu trong nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THỊ MỸ LINH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU TINH THỂ BẰNG NHIỄU XẠ X – QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 8 2 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THỊ MỸ LINH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU TINH THỂ BẰNG NHIỄU XẠ X – QUANG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ CƢƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 ii Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lê Thị Mỹ Linh Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 10-07-1984 Nơi sinh: Bình Dƣơng Quê quán: Bình Dƣơng Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 246F/2, khu phố 1B, phƣờng An Phú, thị xã Thuận An, tỉnh Bình Dƣơng.

Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà: Fax: E-mail: mylinhvsvc@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …. Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: cơ khí chế tạo máy 2.

Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 10/2002 đến 1/2007 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo máy III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trƣờng Cao đẳng nghề Việt Nam – 2008-2015 Giáo viên Singapore tỉnh Bình Dƣơng iii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 01 năm 2016 Lê Thị Mỹ Linh iv Luan van LỜI CẢM ƠN Sau thời gian theo học chƣơng trình đào tạo sau đại học tại trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tác giả đã đúc kết đƣợc những kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình.

Vì đề tài nghiên cứu và giải quyết vấn đề khá mới mẻ dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết về lĩnh vực vật liệu dùng kỹ thuật nhiễu xạ X– quang, nên lúc đầu tiếp cận đã gặp khá nhiều bỡ ngỡ và khó khăn. Nhƣng với sự tận tình của giáo viên hƣớng dẫn PGS.Lê Chí Cƣơng, cùng với sự hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè đồng nghiệp, cho đến nay luận văn đã đạt đƣợc những kết quả nhƣ mong muốn. Đến đây, cho phép tác giả gửi lời cám ơn chân thành đến: - Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thầy PGS.Lê Chí Cƣơng – Khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Viện năng lƣợng nguyên tử Việt nam - Trung tâm hạt nhân Tp HCM. Số 217 Nguyễn Trãi, Q1, Tp HCM - Quý thầy cô khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Phòng Đào tạo - Sau Đại học và các phòng khoa trong trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ, động viên quý báu của tất cả mọi ngƣời.

Xin trân trọng cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 Học viên thực hiện luận văn Lê Thị Mỹ Linh v Luan van TÓM TẮT Phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang là một trong các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Từ các dữ liệu liên quan đến nhiễu xạ, ta có thể tính toán và giải quyết nhiều vấn đề trong kỹ thuật. Ứng dụng lập trình vào trong khoa học kỹ thuật, vào trong công việc hàng ngày hiện nay đang đƣợc phát triển hết sức mạnh mẽ. Các phần mềm ứng dụng xuất hiện trong tất cả mọi ngóc ngách cuộc sống của con ngƣời.

Thiết bị di động, máy vi tính, vật gia dụng trong gia đình … tất cả điều đƣợc lập trình để thực hiện công việc phục vụ cho nhu cầu của con ngƣời chúng ta. Đề tài “Nghiên cứu và phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể bằng nhiễu xạ X-quang” đƣợc thực hiện nhằm mục đích phát triển đƣợc phần mềm phân tích vật liệu dựa trên phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang bằng ngôn ngữ C#. Phần mềm này giúp ngƣời sử dụng phân tích dữ liệu nhiễu xạ, phân tích ứng suất, xác định tỉ lệ pha 2 pha, xác định hệ số đàn hồi… của vật liệu 1 cách nhanh chóng khi có đƣợc dữ liệu nhiễu xạ X-quang thích hợp (tác giả trƣớc đã viết). Phần mềm giúp cho việc nghiên cứu phân tích vật liệu bằng phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang đạt năng suất và hiệu quả kinh tế cao.

Đề tài đƣợc tác giả nghiên cứu và thực hiện trong thời gian khoảng 06 tháng. Trong thời gian đó, tác giả đã nghiên cứu các tài liệu về nhiễu xạ X-quang, công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. Ứng dụng các lý thuyết nghiên cứu đƣợc vào lập trình. Đến nay tác giả đã hoàn thành đƣợc mục tiêu đề ra, phần mềm X-Pro 1.0 đã đƣợc phát triển để thực hiện phân tích vật liệu dựa trên lý thuyết nhiễu xạ X- quang.

Hiện tại, phần mềm X-Pro 1.0 đã có thể thực hiện thêm các chức năng phân tích và tính toán thêm nhƣ sau + Xác định tỉ lệ pha của vật liệu ba pha. + Xác định kích thƣớc tinh thể. + Xác định chiều dày lớp mạ. vi Luan van ABSTRACT X-ray diffraction method, which is one of non-destructive testing methods, is worldwide using.

From the data related to diffraction, we can calculate and solve technical problems. Programming application in technology which is using in daily work is rapidly developing. Application software can be found in all fields of our life. Mobile equipment, computer, household appliance, etc., are programmed to do tasks that serve our demands.

Topic “Research and development in software for crystalline material analysis using X-ray” is processed based on X-ray diffraction method. This software helps users analyze diffractive data, analyze stress, determine mix ratio, elastic ratio… for material quickly when they have appropriate X-ray diffraction data (The previous author drote). It also helps the researches on material analysis using X-ray diffraction method gain high productivity and commercial efficiency. The topic is researched and processed in about six months.

During process, author researched and referenced documents about X-ray diffraction from domestic and foreign resources. The author also turned the research theory into programing. As a result, the author has finished the research and introduced X-Pro 1.0 which is used to analyze material based on X-ray diffraction theory. At present, X-pro 1.0 can carry out these following performances: + Determining mix ratio for three-phase materials + Determining grain size + Thin layer thickness vii Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT M T SỐ KÝ HIỆU  bƣớc sóng 2 góc nhiễu xạ D khoảng cách giữa các mặt phẳng phân tử ( hkl ) n phản xạ bậc cao h,k,l chỉ số Miller (hkl) mặt nhiễu xạ Ψ góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo với phƣơng pháp tuyến của họ mặt phẳng nguyên tử nhiễu xạ Ψo góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo và tia tới X  là góc phân giác của tia tới và tia nhiễu xạ X o là góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của họ mặt phẳng nhiễu xạ và tia tới X  góc tạo bởi tia tới X và phƣơng ngang  góc tạo bởi tia nhiễu xạ và phƣơng ngang  Hệ số hấp thụ ( phụ thuộc vào đặc tính của tia X và loại vật liệu mẫu đo ) m Hệ số hấp thu khối lƣợng của vật liệu  Tỉ trọng vật liệu p vị trí đỉnh của đƣờng nhiễu xạ LPA hệ số Lorentz và hấp thụ B bề rộng đƣờng nhiễu xạ c bƣớc của góc đo t thời gian chu kỳ xung M,N hệ số góc và hệ số chặn của đƣờng thẳng đồ thị sin2 Ψ z,y cƣờng độ nhiễu xạ đã và chƣa hiệu chỉnh LPA.

viii Luan van DANH MỤC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Máy chụp tia x quang đầu tiên do Russell Reynold phát triển 1 Hình 1.2: Hình ảnh kích thƣớc tinh thể từ phầm mềm Axio Vision 2 Hình 1.3: Giao diện của phần mềm MDI Jade 3 Hình 1.4: Giao diện phần mềm Maud 3 Hình 1.5: Giao diện phần mềm OriginPro 4 Hình 2.1: Nguyên lý nhiễu xạ theo định luật Bragg 8 Hình 2.2: Hiệu chỉnh nền của đƣờng nhiễu xạ 10 Hình 2.3: Phƣơng pháp trọng tâm 15 Hình 2.4: Phƣơng pháp bề rộng trung bình 16 Hình 2.5: Dữ liệu nhiễu xạ thô 17 Hình 2.6: Dữ liệu sau khi làm mịn với nL=nR=9 18 Hình 2.7: Đƣờng thẳng tiếp tuyến với dữ liệu 19 Hình 2.8: Đƣờng thẳng tiếp tuyến tại điểm i 19 Hình 2.9: Đơn vị nhiễu xạ 20 Hình 2.10: Xác định dữ liệu nhiễu xạ của mặt nhiễu xạ 22 Hình 2.11: Tính năng lƣơng nhiễu xạ 25 Hình 2.12: Nhiễu xạ thô của vật liệu ba pha 26 Hình 2.13: Giản đồ nhiễu xạ ba pha cần khử bỏ nền 27 Hình 2.14: Chọn (xo,yo) và (xn,yn) bằng 5 lần bề rộng trung bình 28 Hình 2.15: Hình ảnh TEM của zeolite A [10] 28 Hình 2.16: Độ rộng Scherrer đƣờng nhiễu xạ 29 Hình 2.17: Phƣơng pháp nhiễu xạ  32 Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý mạ 38 ix Luan van Hình 2. 19: Sơ đồ nguyên lý đo chiều dày màng mỏng 40 Hình 3.1: Cấu trúc của phần mềm X-Pro 1. 2: Lƣu đồ phân tích đƣờng nhiễu xạ 49 Hình 3.3: Lƣu đồ tính tỉ lệ pha của vật liệu 3 pha 51 Hình 3.4: Lƣu đồ xác định kích thƣớc tinh thể 55 Hình 3.5: Lƣu đồ xác định chiều dày lớp phủ 56 Hình 3.6: Định dạng tập tin dữ liệu của phần mềm X-Pro 1.7: Cửa sổ chính của phần mềm phân tích vật liệu 58 Hình 3.8: Dữ liệu nhiễu xạ cần phân tích 59 Hình 3.9: Cửa sổ kết quả phân tích dữ liệu 60 Hình 3.10: Kết quả xuất ra từ phần mềm 61 Hình 3.11: Thực đơn con của chức năng xác định tỉ lệ pha 61 Hình 3. 12: Cửa sổ chính khi tính tỉ lệ pha vật liệu 3 pha 62 Hình 3.

13: Cửa sổ chƣơng trình phân tích dữ liệu ba pha 63 Hình 3.14: Cửa sổ chƣơng trình khi đã xác định 3 pha 63 Hình 3. 15: Kết quả tính tỉ lệ pha vật liệu 3 pha ứng với dữ liệu thứ nhất 64 Hình 3. 16: Cửa sổ chƣơng trình tính kích tinh thể 65 Hình 3. 17: Cửa sổ chọn dữ liệu của chức năng tính kích thƣớc tinh thể 66 Hình 3.

18: Cửa sổ phân tích dữ liệu 67 Hình 3. 19: Cửa sổ kết quả tính kích thƣớc tinh thể 68 Hình 3.