Đề thi môn Phương pháp phân tích đánh giá vật liệu - Trường Đại học Bách khoa Hồ Chí Minh (Có đáp án)
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỀ THI MÔN: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU
Thời gian làm bài 105 phút
Sinh viên không sử dụng tài liệu
I.
LÝ THUYẾT:
1. Mẫu vật liệu bột nano tinh thể với kích thước hạt bột trung bình cỡ 70 nm được chụp
ảnh TEM, HRTEM và EDTEM. Các ảnh này có dạng thế nào (vẽ hình)? Giải thích
sự khác biệt về hình ảnh trên các ảnh chụp được? 3đ
2. Cho biết ứng dụng của các đường DTA, DDTA và TG? Cho mẫu là hỗn hợp của
caolinite (Al4[Si4O10][OH]8: mất nước ở 5600 và chuyển pha cấu trúc sang dạng bền
hơn ở 9800) và thạch anh (SiO2: chuyển pha cấu trúc sang dạng kém bền hơn ở 5730).
Đường TG cho m=9%. Tính hàm lượng các chất trong hỗn hợp và cho biết dạng
các đường DTA, DDTA, TG có dạng thế nào (mẫu nung phân tích nhiệt đến 10000)?
3đ
II
BÀI TẬP: 4đ
Mẫu vật liệu đa tinh thể 2 pha : pha 1 có kiểu mạng B1 pha 2 có kiểu mạng A4, thông
số mạng aB1=1,1.aA4. Vạch thứ 3 theo trục 2
trên phổ XRD của mẫu trên có d=1,9å.
1. Liệt kê chỉ số 5 vạch nhiễu xạ đầu tiên theo trục 2
? 1.5đ
2. Tính bán kính các đơn vị cấu trúc tạo nên mạng tinh thể của pha 1 biết rằng
RA/RB=0,55. Tính kích thước lỗ hỗng 4 mặt và 8 mặt? 1.5đ
3. Tính bán kính đơn vị cấu trúc tạo nên mạng tinh thể của pha 2? 1đ
ĐÁP ÁN
I LÝ THUYẾT:
CÂU 1: Các dạng ảnh TEM, HRTEM và EDTEM của mẫu bột nano có dạng như sau:
ảnh minh hoạ
TEM
HRTEM
EDTEM
Dạng ảnh TEM và HRTEM khác nhau là do hiệu ứng tương phản khác nhau.
Ảnh TEM sử dụng hiệu ứng tương phản biên độ do đó sẽ thấy ảnh thật của mẫu bột nano,
ảnh thể hiện các hạt bột chồng chất hoặc xen phủ lên nhau
Ảnh HRTEM sử dụng hiệu ứng tương phản giao thoa gây ra do nhiễu xạ chùm điện tử qua
cách tử, các hệ mặt song song với chùm điện tử sẽ đóng vai trò là các cách tử nhiễu xạ, ảnh
của một hạt bột còn là hình chiếu của các hệ mặt song song với chùm điện tử. Ảnh mẫu bột
nano tinh thể là sự chồng chất và xen phủ nhau của các hạt bột riêng lẻ như trên hình vẽ
Ảnh EDTEM là ảnh nhiễu xạ điện tử, trong trường hợp này là nhiễu xạ đa tinh thể do mẫu ở
dạng bột, hình ảnh là những vòng tròn đồng tâm.
CÂU II:
Ứng dụng cuả DTA, DDTA, TG: học thuộc lòng và trả bài
Bài tập: Al4[Si4O10][OH]8 , từ công thức ta thấy có 8H, có thể thấy ở 5600 sẽ mất 4H2O và
hiệu ứng ở đây là thu nhiệt (tách nứơc hoá học)
**Al4[Si4O10][OH]8
2Al2O3.4SiO2 +4H2O (ghi hay không phương trình này vẫn
không ảnh hưởng đến điểm và kết quả tính toán)
Kcao= Al4[Si4O10][OH]8/4H2O=7,17
Mcao=7,17x9=64,53%
MSiO2=100-64,53=35,47%
** SiO2 chuyển pha sang dạng kém bền hơn ở 5730: hiệu ứng thu nhiệt
**tại 9800 Caolinite sau khi mất nước chuyển pha sang dạng bền hơn: hiệu ứng tỏa nhiệt
II BÀI TẬP:
1. B1 có kiểu mạng giống NaCl, A4 kiểu kim cương
1 1
2 2
1 1
2 2
1
2
1
2
§ 0 0 0 ¨ §
0 ¨ § 0
¨ §
0
¨
**cơ sở của B1: B:
thay vào tính Fhkl và làm một số
biến đổi
1 1 1
1
1
1
§
¨§11 ¨§1 1¨§ 11¨
A:
2 2 2
2
2
2
Fhkl ( fB fA)(1 cos (h k) cos (k l) cos (l h))
Fhkl ( fB fA).A
Có
Ta thấy Fhkl=0 chỉ khi A=0 điều này xảy ra khi h, k, l có chẵn có lẽ, những hệ mặt có h, k, l
có chẵn có lẻ thì không nhiễu xạ đựoc. Những vạch nhiễu xạ đầu tiên của pha B1 (pha 1) lần
lựơt
là
(111)
(200)
(220)
(311)
(222)
với
các
giá
trị
d:
1
dh2kl
h2 k2 l2
a2
aB
aB
aB
aB
aB
1
1
1
1
1
d111
;d200
;d220
;d311
;d222
B
1
B
B
B
B
1
1
1
1
3
4
8
11
12
Thay aB1=1,1aa4 ta có
d111 0,635aA ;d200 0,55aA ;d220 0,388aA ;d311 0,331aA ;d222 0,317aA
B
4
B
4
B
4
B
4
B
1
4
1
1
1
1
(1)
1 1
2 2
1 1
2 2
1
2
1
2
§ 0 0 0 ¨ §
0 ¨ § 0
¨ §
0
¨
** cơ sở của A4:
thay vào tính Fhkl và làm một số
biến đổi
1 1 1 1 3 3 3 1 3 3 3 1
¨§ ¨§ ¨§
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
§
¨
Ta có
h k l
h k l
Fhkl fc (1 cos (
Fhkl fc.B.A
) isin (
)).(1 cos (h k) cos (k l) cos (l h))
2
2
Fhkl=0 khi A hoặc B bằng 0
A=0 khi h,k,l có chẵn có lẻ
B=0 khi tổng (h+k+l) chia hết cho hai nhưng không chia hết cho bốn
Các hệ mặt rơi vào các điều kiện trên thì không nhiễu xạ được, các vạch nhiễu xạ đầu tiên
của A4 (pha 2) là: (111) (220) (311) (400) (331) tương ứng với giá trị d là:
1
dh2kl
h2 k2 l2
(hệ lập phương)
a2
d111 0,577aA ;d220 0,353aA ;d311 0,301aA ;d400 0,25aA ;d331 0,229aA
A
4
A
4
A
4
A
4
A
4
4
4
4
4
4
(2) kết hợp với (1) ta có:
d111 0,635aA ;d200 0,55aA ;d220 0,388aA ;d311 0,331aA ;d222 0,317aA
(1)
B
4
B
4
B
4
B
4
B
1
4
1
1
1
1
**trong nhiễu xạ tia X các vạch sẽ có d giảm dần từ trái qua phải. Kết hợp (1) và (2) ta có 5
vạch nhiễu xạ đầu tiên theo trục hoành trên phổ XRD của mẫu là: (111)B1, (111)A4, (200)B1,
(220)B1, (220)A4
2. Vạch thứ 3 trên phổ là vạch (200)B1 : d(200)B1=1,9=aB1/2 do đó aB1=3,8 å, phương xếp
chặt là [100] ta có phương trình:
2RA+2RB=3,8
RA/RB=0,55
RA=0,674å; RB=1,225å
Mạng là của B còn A chiếm lỗ hổng
Kích thứơc lỗ khi chưa bị chiếm là
Rlo 8mat=1,225x0,414=0,507å
Rlo 4mat=1,225x0,225=0,275å
3. aB1=1,1aA4=3,8å do đó aA4=3,454å
a 3
a 3
2r
r
0.747
å
ta có
4
8
6 trang
14300
Free
Bạn đang xem tài liệu "Đề thi môn Phương pháp phân tích đánh giá vật liệu - Trường Đại học Bách khoa Hồ Chí Minh (Có đáp án)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- de_thi_mon_phuong_phap_phan_tich_danh_gia_vat_lieu_truong_da.docx
