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 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 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 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 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 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 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. 20: Cửa sổ chọn tính chiều dày lớp mạ 69 Hình 3.21: Cửa sổ kết quả tính chiều dày lớp mạ với dữ liệu thứ nhất 70 Hình 3. 22: Cửa sổ kết quả tính chiều dàỳ lớp phủ với dữ liệu thứ hai 71 Hình 3. 23: Cửa sổ kết quả tính chiều dày lớp phủ với dữ liệu thứ ba.
1: Giản đồ nhiễu xạ cho mẫu chuẩn CeO2 73 Hình 4.2: Dữ liệu nhiễu xạ của vật liệu CeO2 74 Hình 4.3: Kết quả phân tích dữ liệu nhiễu xạ CeO2 74 x Hình 4.4: Cửa sổ khi chọn tính kích thƣớc tinh thể 78 Hình 4.5: Kết quả tính kích thƣớc tinh thể của mẫu A2 79 Hình 4.6: Kết quả tính kích thƣớc tinh thể của mẫu A1-2 80 DANH MỤC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1:Hệ số hấp thu của phƣơng pháp iso-inclination và side-inclination có và không có giới hạn vùng nhiễu xạ 11 Bảng 2.2: Bảng giá trị sin2/n với lần lƣợt là 1,2,3.3: Dạng tổng bình phƣơng của mộtsố chỉ số Miller cho hệ mạng lập phƣơng tâm mặt 23 Bảng 2.4: Tra tìm m và 36 Bảng 4.1: So sánh kết quả phân tích dữ liệu bằng X-Pro 1.0 và kết quả mẫu 76 Bảng 4. 2: Kết quả so sánh tính tỉ lệ pha giửa phần mềm và phƣơng pháp hóa học 76 Bảng 4.3: Thành phần vật liệu SS400 76 Bảng 4.4: Kết quả tính tay chiều dày lớp mạ Niken 77 Bảng 4.5: Kết quả đo chiều dày bằng kim tƣơng 77 Bảng 4.6: Kết quả đo chiều dày bằng từ trƣờng 77 Bảng 4.7: Kết quả xác định chiều dày lớp mạ từ phần mềm 77 xi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn .ii LÝ LỊCH KHOA HỌC. iii LỜI CAM ĐOAN. iv LỜI CẢM ƠN .