Cac PPNCVLVC_Chuong 0_Mo dau_Huynh.pdf

CÁC PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC
VẬT LIỆU VÔ CƠ
Chương trình Đại học hệ Chính quy
TS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh
nnthuynh@hcmut.edu.vn
01/2023

Tiến sĩ. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh
Bộ môn Công nghệ Vật liệu Silicat
Email: nnthuynh@hcmut.edu.vn
Thông tin đào tạo:
• Cựu sinh viên Si09
• Kỹ sư Công nghệ Vật liệu Silicat
(Trường ĐH Bách khoa)
• Thạc sĩ Kỹ thuật Vật liệu
(Trường ĐH Bách khoa)
• Tiến sĩ Kỹ thuật Kiến trúc
(Đại học Khoa học Tokyo)
Lĩnh vực nghiên cứu:
• Bê-tông tự liền vết nứt: từ 2014 đến nay
• Vật liệu xây dựng xanh/thông minh
• Phục hồi vật liệu
Trang thộng tin nghiên cứu cá nhận:
https://www.researchgate.net/profile/Huynh-Nguyen-6
https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=%22nguyen+ngoc+tri+huynh%22&oq=

"Sự tái tổ hợp hoặc tái cấu trúc diễn ra trong vài nghìn năm,
điều kỳ lạ về nó là nó tuân theo một quy luật vật lý chính xác"
https://en.wikipedia.org/wiki/Ancient_Roman_pottery
Walters, Henry Beauchamp. History of ancient pottery:
Greek, Etruscan, and Roman. Vol. 2. J. Murray, 1905.
"Nếu có thể tính ra được lượng ẩm đã được dùng,
hoàn toàn có thể ước tính tuổi của mẫu"
Biết được tính chất
Phương pháp phù hợp

Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
• Các phương pháp phân
tích vật liệu
• Cơ sở khoa học vật liệu
Tiếng Anh
• Analytical techniques in
materials conservation
• Handbook of analytical
methods for materials
• Applications of Analytical
Techniques to the
Characterization of
Materials

Tài liệu tham khảo (thêm)
Tiếng Việt
• Phân tích nhiệt ứng dụng
trong nghiên cứu vật liệu
• Kỹ thuật phân tích vật liệu
Tiếng Anh
• X-ray Characterization of
Materials
• Handbook of Thermal
Analysis and Calorimetry-
Applications to inorganic and
miscellaneous materials
• Materials characterization:
Introduction to microscopic
and spectroscopic methods

Tài liệu tham khảo chính cần đọc 1
❑ Nguyễn Năng Định, Nguyễn Hoài Nam, Phạm Đức Thắng, Các phương pháp
phân tích vật liệu, NXB ĐHQG Hà Nội, 2016.
❑ Đỗ Quang Minh, Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh, Cơ sở khoa học vật liệu, NXB
ĐHQG Tp.HCM, 2021.
❑ Stuart, Barbara H. Analytical techniques in materials conservation. John
Wiley & Sons, 2007.
❑ Hanke, Larry D. Handbook of analytical methods for materials. Materials
Evaluation and Engineering Inc., Plymouth, 2001.
❑ Perry, Dale L., ed. Applications of Analytical Techniques to the
Characterization of Materials. Plenum Press, 1991.

Các chủ đề chính
1. Bản chất và ý nghĩa của nghiên cứu cấu trúc vật
2. Tổng quát về hoá lý và hoá học tinh thể
3. Khái lược về sóng điện từ, quang điện và lượng tử dùng trong
nghiên cứu cấu trúc
4. Phương pháp nhiễu xạ tia X
5. Phương pháp huỳnh quang tia X
6. Phương pháp phổ hồng ngoại
7. Phương pháp quan sát hiển vi quang học
8. Phương pháp quan sát hiển vi điện tử quét
9. Phương pháp phân tích kích thước hạt laser
10. Phương pháp sàng
11. Phương pháp nhiệt vi sai và nhiệt lượng vi sai
12. Phương pháp nhiệt khối lượng và phân tích kết hợp nhóm
phương pháp vi sai
2

3. Khái lược về sóng điện từ, quang điện và lượng tử
dùng trong nghiên cứu cấu trúc
12. Phương pháp nhiệt khối lượng và phân tích kết
hợp nhóm phương pháp vi sai
3
Phần 1.
Các khái niệm căn bản
Phần 2.
Nghiên cứu cấu trúc về mặt
hoá lý và hoá học
Phần 3.
Nghiên cứu cấu trúc về mặt
hình thái học
Phần 5.
Nghiên cứu cấu trúc qua
hiệu ứng nhiệt
Phần 4.
Nghiên cứu cấu trúc về
thành phần hạt

3. Khái lược về sóng điện từ, quang điện và lượng tử
dùng trong nghiên cứu cấu trúc
12. Phương pháp nhiệt khối lượng và phân tích kết
hợp nhóm phương pháp vi sai
4
Tuần 1
Tuần 2
Tuần 2-3
Tuần 4-5
Tuần 5
Tuần 6
Tuần 7
Tuần 8
Tuần 12
12 tuần
Tuần 9-10
Tuần 10
Tuần 11

Ý nghĩa chủ đạo
T. 1
5
Cấu trúc
Tính chất
Nghiên cứu Thay đổi
T. 2 T. 3 T. 4 T. 5 T. 6 T. 7 T. 8 T. 9 T. 10 T. 11 T. 12

Các chủ đề chính 6
Bản chất và ý nghĩa của nghiên cứu cấu trúc vật liệu
Tuần
1 0.1. Giới thiệu về môn học
0.2. Mục tiêu, ý nghĩa môn học và định vị môn học
0.3. Các khái niệm và định nghĩa căn bản
0.4. Bước đầu về nghiên cứu cấu trúc
T. 1 T. 2 T. 3 T. 4 T. 5 T. 6 T. 7 T. 8 T. 9 T. 10 T. 11 T. 12

Đi từ các cấp độ nhỏ đến lớn…
Mỗi cấp độ cũng chính là phạm vi
nghiên cứu của một hoặc một số lĩnh
vực khác nhau.
Trí Huỳnh
Giới thiệu về môn học
7
10-10 10-9 10-5 10-2 10-1 10-0 (m)
0.1 0.2 0.3 0.4
❑ Có thể phân vật liệu thành 4 mức:
➢ Cấu trúc nguyên tử (nhỏ hơn 10-9m).
➢ Cấu trúc tinh thể (từ 10-9 đến 10-7m).
➢ Cấu trúc vi mô (từ 10-7 đến 10-3m).
➢ Cấu trúc vĩ mô (lớn hơn 10-3m).
Vật lý Vi cấu trúc Chi tiết Kết cấu

Phương pháp phù hợp, nhưng kích
thước mẫu hoặc vị trí lấy mẫu
không phù hợp cũng có thể làm
“sai” ý nghĩa.
Trước khi bắt tay vào nghiên cứu, cần
đặt ra các câu hỏi, như đối tượng khảo
sát được tạo ra từ/bằng cái gì; được bố
trí/sắp xếp ra sao trong cấu trúc.
8
❑ Khai thác được “sâu” bao nhiêu và nhận “thấy” được đến đâu,
ở mức độ nào, tùy thuộc vào khả năng của từng phương pháp.
❑ Bản chất và kích thước của mẫu vật liệu cũng là một yếu tố
quan trọng cần xem xét trong việc nghiên cứu cấu trúc.
❑ Đề cập đến tất cả các nghiên cứu đã được thực hiện bằng
cách sử dụng từng kỹ thuật là điều bất khả thi.
❑ Tuy nhiên, thông qua một số ví dụ phù hợp được chọn lọc
trong từng trường hợp cụ thể, cố gắng cung cấp cái nhìn trực
quan về các loại vật liệu khác nhau và cách thức nghiên cứu
phù hợp.
Mục tiêu, ý nghĩa môn học và định vị môn học
0.2 0.3 0.4
0.1

Học về phương pháp nghiên cứu là
học cách tìm ra chiến lược phù
hợp và nắm được nguyên tắc
chung, phạm vi và ý nghĩa phương
pháp, từ đó linh hoạt vận dụng.
Phương pháp có thể phát triển, có thêm
nhiều phương pháp mới, tốc độ nhanh,…
nhưng nền tảng ít thay đổi hoặc rất lâu
mới đổi. Do đó, cần nắm chắc nền tảng,
thay vì chạy theo một vài phương pháp
riêng lẻ.
Bản chất và ý nghĩa của nghiên cứu cấu trúc vật liệu 9
Giấy phép lái xe cấp cho người đủ năng lực và vượt qua
sát hạch phù hợp loại xe theo luật định.
Chứ đâu bắt buộc hay dạy cụ thể cho từng
mẫu, loại, xe của từng hãng xe……
0.2 0.3 0.4
0.1

Mỗi chương sẽ cung cấp thông
tin cơ bản về cách thức hoạt
động và phạm vi của từng
phương pháp, các yêu cầu lấy
mẫu và thông tin, cũng như kinh
nghiệm được rút ra từ các thực
nghiệm.
Đương nhiên, sinh viên hoặc các nhà
nghiên cứu không chuyên sẽ không
nhất thiết phải được tiếp cận với một
phòng thí nghiệm được trang bị tất cả
các thiết bị của tất cả các phương pháp
được trình bày.
Bản chất và ý nghĩa của nghiên cứu cấu trúc vật liệu 10
❑ Nguồn gốc hay bản chất của một vật liệu có thể được xác định
thông qua việc kiểm tra cấu trúc của nó.
❑ Trong nghiên cứu ngày nay, ưu tiên được dồn về các kỹ thuật
không phá huỷ mẫu, nhỏ, gọn, độ chính xác ngày càng cao.
❑ Trường hợp chỉ có một phương pháp hoặc kỹ thuật phải phá
hủy mẫu để có được thông tin cần thiết, thì làm sao chỉ cần
một lượng nhỏ nhất có thể vật liệu đó.
❑ Cần biết rằng chiến lược nghiên cứu quan trọng không kém
hiểu biết về từng phương pháp nghiên cứu riêng lẻ.
0.2 0.3 0.4
0.1

Đôi khi các kỹ thuật nhanh chóng
và ít tốn kém lại mang đến kết
quả không ngờ tới. Vấn đề là cần
xác định được chiến lược nghiên
cứu phù hợp.
Muốn có chiến lược phù hợp cần nền
tảng kiến thức đủ sâu và kinh nghiệm.
Nền tảng kiến thức có thể được bồi đắp
qua việc học các môn học. Kinh nghiệm
có thể phần nào có được qua thí
nghiệm, thực nghiệm hoặc “đọc các kết
quả thực nghiệm” có hướng dẫn.
❑ Trước khi bắt tay vào các phương pháp phân tích phức tạp
hơn, có thể thực hiện một số thử nghiệm cơ bản để xác định
các vật liệu cần quan tâm.
❑ Cách tiếp cận này có nghĩa là việc xác định sơ bộ có thể được
thực hiện trước và sau đó đưa ra quyết định về các phân tích
chi tiết hơn về sau cần được thực hiện.
❑ Bước đầu tiên rõ ràng là kiểm tra trực quan.
❑ Nhiều thử nghiệm hóa học đơn giản chỉ cần một lượng nhỏ
mẫu có thể được sử dụng để xác định đặc tính của vật liệu.
0.2 0.3 0.4
0.1
11

Phía trước là các môn khoa học
vật liệu nền tảng… Phía sau là
các môn kỹ thuật, công nghệ
chuyên sâu…
Môn học này giúp “tô màu” cho bức
tranh đã có phác thảo đường nét, đồng
hành cùng việc “học-hành”, “tích luỹ-
tạo dựng-tái tích luỹ”.
❑ Là cầu nối, làm sáng tỏ quan hệ giữa cấu trúc vật liệu và tính
chất thông qua quy trình chế tạo.
❑ Là công cụ hỗ trợ định danh, định tính, định lượng, để đi đến
quyết định lựa chọn, sử dụng vật liệu.
❑ Giúp người học xâu chuỗi kiến thức đi từ nền tảng, cơ sở
ngành, chuyên ngành để:
➢ Vận dụng vào các thí nghiệm chuyên ngành, luận văn trong
“Nhà trường”.
➢ Ứng dụng vào các công việc phòng thí nghiệm tại nhà máy.
➢ Tạo ra nền tảng để học tiếp, liên thông, nâng cao, và đi vào
nghiên cứu.
Góp phần cụ thể hoá kiến
thức về cấu trúc. Làm rõ
ý nghĩa, vai trò của cấu
trúc. Giúp hiểu đúng về
bản chất cấu trúc và phù
hợp với mục tiêu nghiên
cứu.
Mang lại cái nhìn xa và
tươi mới hơn về cách tiếp
cận vấn đề. Không xem
thường các kỹ thuật
tưởng chừng sơ đẳng. Để
từ đó biết được cuối cùng
cần đạt là sự “phù hợp”.
Yếu tố cốt lõi để thành công là “Phù hợp”
0.2 0.3 0.4
0.1
12

Khi ở trạng thái rắn, các phần tử
cấu tạo liên kết với nhau chặt
chẽ, tự chúng có hình dạng xác
định. Có thể tồn tại các dạng hợp
chất không tỷ lượng (hay không
hợp thức), nghĩa là tỷ lệ thành
phần có sự biến đổi nhất định.
Tùy thuộc vào trật tự của các phần tử
cấu tạo, ta phân biệt chất rắn tinh thể
hoặc chất rắn vô định hình (hay không
kết tinh).
❑ Trong các phản ứng hóa học, nguyên tử là phần nhỏ bé nhất
của một nguyên tố hóa học, không thể phân chia nhỏ hơn và
không thay đổi trong quá trình phản ứng.
Các khái niệm và định nghĩa căn bản
0.2 0.3 0.4
0.1
❑ Phân tử là phần
nhỏ bé nhất có khả
năng giữ nguyên
các tính chất hóa
học của một chất
nào đó.
❑ Với các chất rắn
luôn có các sai sót
trong cấu trúc.
Thế
Chuyển
vị
Xen lẫn Nút trống Biên hạt
Mạng
chuyển
tiếp
Xếp
chồng
Sai sót ở các mức:
điểm, đường, mặt,
khối. Sai sót ở mức
khối (thể tích) đủ lớn
để quan sát bằng
SEM.
13

Điều đầu tiên có thể nghĩ khi
nghe đến "cấu trúc" là sự sắp
xếp các vật liệu trong một cây
cầu hoặc tòa nhà.
Ý tưởng về cấu trúc này tương tự như
cấu trúc trong bất kỳ vật liệu nhất định
nào, được gọi là cấu trúc vật chất.
CẤU TRÚC LÀ GÌ?
0.2 0.3 0.4
0.1
14

Cấu trúc vi mô được dùng khi
các hạt là các phần đồng nhất
của mạng tinh thể và các ranh
giới xung quanh các hạt riêng lẻ
được gọi là biên giới hạt.
Khi một vật liệu được hình thành, có
những ảnh hưởng đến cấu trúc của nó,
do kết quả trực tiếp từ cách vật liệu
được xử lý.
❑ Thay vì vật liệu được sắp xếp, kết nối để tạo nên cấu trúc cầu
hay toà nhà, cấu trúc vật liệu dựa trên liên kết nguyên tử và
thành phần hóa học.
❑ Liên kết nguyên tử là sự thu hút của các phần tử trong một ma
trận vật chất chứa các yếu tố cấu thành.
❑ Thành phần hóa là số lượng của mỗi nguyên tố.
❑ Trong ma trận vật chất này, sự liên kết và thành phần dẫn đến
một tổ chức được gọi là mạng tinh thể. Tất cả vật liệu có thể
được phân loại theo mô hình của mạng trong ma trận vật liệu.
Nếu các mạng tinh
thể được sắp xếp
theo cấu trúc
ngẫu nhiên thì nó
là vô định hình.
Cách sắp xếp các phần tử cấu tạo trong chất rắn được
gọi là cấu trúc chất rắn.
0.2 0.3 0.4
0.1
15

Chất rắn đơn tinh thể do chỉ một
loại tinh thể tạo nên, còn đa tinh
thể gồm nhiều loại tinh thể.
Các chất rắn vô định hình có thể là các
chất hữu cơ (polymer) hay các chất vô
cơ (thủy tinh). Các chất rắn tinh thể có
nhiệt độ nóng chảy Tm (m: melting) cố
định, còn các chất rắn vô định hình
không có nhiệt độ nóng chảy cố định.
❑ Trong chất rắn tinh thể, các phần tử cấu tạo (nguyên tử, ion,
phân tử) sắp xếp trong không gian tuân theo quy luật
đối xứng, tuần hoàn.
❑ Trong điều kiện thông thường, các vật liệu kết tinh ở dạng đa
tinh thể.
❑ Chất rắn vô định hình có các các phần tử cấu tạo sắp xếp hỗn
độn, không theo trật tự.
❑ Trong các chất rắn vô định hình có thể tồn tại những vùng
không gian nhỏ có trật tự
→“trật tự gần”
❑ Các chất rắn tinh thể có “trật tự xa”.
Đơn tinh thể là tinh
thể của một
chất nào đó, nhưng
đa tinh thể không
nhất thiết là cấu trúc
của nhiều chất khác
nhau.
0.2 0.3 0.4
0.1
16

Nhiệt độ ứng với độ nhớt
1012Pa.s gọi là nhiệt độ đóng rắn
Tr (r: rigid) hay Tg (g: glass). Tg
còn gọi là nhiệt độ tạo thủy tinh.
Phân tích XRD của các chất nguyên
chất dạng tinh thể có thể xác định được
thông số mạng lưới cấu trúc của chúng.
❑ Sự chuyển trạng thái rắn - lỏng của các chất vô định hình xảy
ra qua khoảng nhiệt độ biến mềm.
❑ Thước đo phân biệt chất rắn với chất lỏng là độ nhớt.
❑ Theo đó, chất rắn là những chất có độ nhớt từ 1012Pa.s trở lên,
còn các chất lỏng có độ nhớt nhỏ hơn 1012Pa.s.
❑ Phổ (biểu đồ) nhiễu xạ tia X (XRD) của các chất tinh thể có các
đỉnh (peak) đặc trưng, còn các chất vô định hình không có.
❑ Phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể cơ bản nhất hiện nay
là phân tích XRD.
Tg đặc trưng cho các
chất vô định hình có
cấu trúc polymer (vô
cơ và hữu cơ). Ở T <
Tg, chất lỏng chuyển
thành chất rắn không
kết tinh gọi là các
chất lỏng “quá lạnh”.
.
Tinh thể lỏng có các
peak đặc trưng tinh
thể trên phổ XRD, tuy
nhiên chúng là các
chất lỏng, có hình
dạng biến đổi theo
bình chứa.
0.2 0.3 0.4
0.1
17

Nếu nắm bắt được các quy luật
chuyển trạng thái này, có thể
dựa vào đó để xác định danh,
định tính vật liệu.
Tốc độ “nhanh” hay “chậm” với mỗi chất
phụ thuộc vào “vận tốc tới hạn” đặc
trưng cho chất đó.
❑ Khi chuyển trạng thái từ lỏng sang rắn, chất lỏng có thể ở
trạng thái kết tinh hoặc vô định hình tùy vào tốc độ làm nguội.
❑ Khi tốc độ làm nguội đủ nhanh, các phần tử cấu tạo sắp xếp
không trật tự → tạo cấu trúc vô định hình (do không đủ thời
gian sắp xếp trật tự).
❑ Khi tốc độ làm nguội chậm → các phần tử cấu tạo đủ thời gian
sắp xếp trật tự, tạo chất rắn tinh thể.
❑ Các chất kết tinh từ chất quá lạnh có độ nhớt cao thường
không kết tinh hoàn thiện, thậm chí pha tinh thể hình thành có
thành phần hóa khác với thành phần pha cơ sở.
Có thể dựa trên biểu
đồ pha để dự đoán,
sau đó dùng các
phương pháp phân
tích thực nghiệm để
khảo sát, chứng minh.
Các chất vô định hình
khi gia nhiệt thích hợp
(làm nguội đủ chậm)
cũng có thể kết tinh
trở lại. Vô định hình là
trạng thái không bền
nhiệt động, có xu
hướng kết tinh.
0.2 0.3 0.4
0.1
18

Giả tinh thể chỉ các chất có trật
tự xa nhưng không tuần hoàn.
Các nguyên tử sắp xếp dường
như đều đặn (ở mức lớn hơn
“trật tự gần”) nhưng không tuần
hoàn toàn khối.
Các khái niệm như vật liệu giả tuần
hoàn (quasiperiodic) hoặc bất tuần
hoàn (aperiodic) chỉ các tinh thể không
hoàn thiện.
❑ Với polymer, thuật ngữ “bán tinh thể” được dùng khi trong
thành pha tinh thể luôn chứa pha vô định hình.
❑ Với chất vô cơ, nhóm vật liệu gốm thủy tinh (glassceramic) chỉ
nhóm vật liệu kết tinh lại từ các chất rắn thủy tinh, thành phần
pha tinh thể không giống với thành phần thủy tinh cơ sở.
0.2 0.3 0.4
0.1
❑ Sự kết tinh
không hoàn
thiện còn thể
hiện ở trạng thái
“giả tinh thể”
(quasicrystal).
Giả tinh thể Tinh thể Thuỷ tinh
Đối xứng, tuần hoàn,
xếp chặt
Xếp chặt
Xếp chặt, đối xứng
https://matmatch.com/resources/blog/quasicrystals-materials-that-should-not-exist/
19

Cấu trúc quyết định tính chất.
Nhưng từ tính chất biểu hiện, có
thể tìm ra cách can thiệp, thay
đổi cấu trúc để đạt được các tính
chất mong muốn.
Trên cơ sở giải thích được các mối liên
hệ bản chất sự vật, hiện tượng trong
cấu trúc nguyên tử và vi mô, có thể dự
báo các loại vật liệu mới..
❑ Vật liệu là các sản phẩm công nghệ với chất liệu và tính chất
cần thiết, đồng thời có hình dạng và kích thước phù hợp mục
đích sử dụng.
❑ Như vậy, đối tượng nghiên cứu chính của vật liệu sẽ là các
chất rắn.
❑ Khoa học vật liệu là ngành khoa học nghiên cứu về mối quan
hệ thống nhất giữa thành phần, cấu trúc, các công nghệ chế
tạo, xử lý và tính chất của vật liệu.
Xây dựng hệ thống
kiến thức làm rõ sự
thống nhất giữa
thành phần – cấu
trúc – tính chất –
công nghệ.
Các ngành khoa học
tham gia vào việc
nghiên cứu chủ yếu là
vật lý, hóa học, các
phương pháp thực
nghiệm phân tích
chất rắn.
0.2 0.3 0.4
0.1
20

Phân loại theo thành phần hoá
là cách phân loại phổ biến, theo
sự chung nhất về thành phần
hóa học, cấu trúc và dạng liên
kết.
Phân loại theo kích thước cấu trúc: Một
cách tương đối có thể phân thành bốn
mức: cấu trúc nguyên tử (<10-9m); cấu
trúc tinh thể (10-9-10-7m); cấu trúc vi mô
(10-7-10-3m); cấu trúc vĩ mô (>10-3m).
❑ Phân loại theo nhóm thành phần hóa:
➢ Vật liệu ceramic (gốm sứ, thủy tinh, xi-măng, các vật liệu phi
kim vô cơ).
➢ Vật liệu polymer.
➢ Vật liệu kim loại và hợp kim.
➢ Vật liệu composit.
Phân loại theo công
nghệ trên cơ sở
những quá trình
chung nhất về chuẩn
bị nguyên liệu, tạo
hình, biến đổi chất. Ví
dụ: công nghệ gốm.
Hóa học lượng tử,
mức ngưng tụ lớn
hơn (1 -100 nm) là
khoa học về nano
(mức trật tự gần), là
đối tượng nghiên cứu
của Vật lý chất rắn.
0.2 0.3 0.4
0.1
21

Trong các định nghĩa trước đây,
các vật liệu gốm cổ điển là
những sản phẩm hình thành từ
nguyên liệu đất sét.
Từ thành phần hoá, có hàng loạt các
phương pháp phân tích. Dựa trên liên
kết chính, cũng có các phương pháp
giúp nghiên cứu. Về cấu trúc pha, cũng
có các phương pháp rất mạnh.
❑ Vật liệu gốm (ceramic) là loại vật liệu vô cơ hình thành do quá
trình nung kết khối (sintering) các nguyên liệu dạng bột mịn ở
nhiệt độ cao.
❑ Về thành phần hóa, vật liệu gốm thường là hợp chất từ một
kim loại và phi kim có hoặc không có oxy như.
❑ Về mặt cấu trúc, phần tử có bán kính lớn (thường là anion)
chiếm vị trí sít chặt trong nút mạng, phần tử bán kính nhỏ hơn
(thường là cation) chiếm vị trí nút trống (hay lỗ hổng).
❑ Liên kết chính là liên kết ion và một phần cộng hóa trị.
❑ Cấu trúc pha chỉ là tinh thể hoặc vô định hình (thủy tinh), hoặc
như composit của các pha tinh thể và vô định hình (thủy tinh).
Ngoài kết khối thông
thường dưới tác dụng
của nhiệt độ cao, còn
có kết khối trong
phản ứng. Kết khối
còn là tên của một
công nghệ chế tạo.
Có thể kết hợp đồng
thời nhiều phương
pháp trước khi kết
luận về một vật liệu.
Và dựa trên từng
quan điểm, có cách
tiếp cận khác.
0.2 0.3 0.4
0.1
22

Công nghệ chế tạo đặc trưng vật
liệu gốm là công nghệ gốm. Quá
trình nung kết khối (sintering
process) là đặc trưng quan trọng
nhất của công nghệ ceramic.
Các loại gốm từ nguyên liệu đất sét được
hiểu như những vật liệu gốm truyền thống
(traditional ceramics).
❑ Công nghệ gốm (hay công nghệ bột) là quá trình tạo hình từ
nguyên liệu ở dạng bột mịn, sau đó làm kết khối và biến đổi
pha khối bột định hình này ở nhiệt độ cao.
❑ Cơ chế kết khối có thể kết khối pha rắn, pha lỏng hoặc kết
khối trong phản ứng. Vật liệu ceramic có tính giòn, cứng, cách
điện, cách nhiệt, nhiệt độ biến dạng cao, bền hóa…
❑ Có thể phân các loại vật liệu ceramic thành nhóm vật liệu
truyền thống (gốm sứ, xi-măng, thủy tinh vật liệu chịu lửa hình
thành từ nguyên liệu chứa đất sét) và vật liệu ceramic phát
triển (advanced materials) là các vật liệu kỹ thuật, vật liệu kết
cấu, vật liệu điện, điện tử.
Vật liệu gốm silicat
(silicer) là nhóm vật
liệu gốm đặc biệt trên
cơ sở các hợp chất
chứa SiO2 hay muối
của axit silicic
(H2SiO3).
Nhóm từ carbon với
cấu trúc vô định hình
(than đá, than gỗ)
hoặc tinh thể như
graphene, graphite và
kim cương là vật liệu
vô cơ, thuộc về nhóm
vật liệu ceramic.
0.2 0.3 0.4
0.1
23

Định nghĩa được vật liệu mang ý
nghĩa lớn đến việc chọn được
nhóm phương pháp nghiên cứu
phù hợp.
Trong sự kết hợp ngày càng sâu, rộng
giữa các vật liệu, nghiên cứu cấu trúc vật
liệu vô cơ cũng cần liên hệ, liên kết với
cấu trúc vật liệu composit.
❑ Trong nghĩa rộng nhất được hiểu hiện nay, “ceramic là các
vật liệu không phải kim loại, không phải polymer hoặc có
nguồn gốc từ thực vật, động vật”.
❑ Vật liệu composit là vật liệu kết hợp (hay tổ hợp) từ 2 cấu tử
(thành phần) trở lên.
❑ Composit phải kết hợp được những đặc tính tốt nhất của mỗi
cấu tử (hay mỗi pha thành phần) mà cấu tử kia không có.
❑ Dấu hiệu cần thiết để xác nhận vật liệu composit là sự tồn tại
bề mặt phân chia pha giữa hai cấu tử và các đặc trưng tính
chất được coi là ưu việt của mỗi vật liệu thành phần được giữ
lại trong vật liệu composit.
Ngoài các phương
pháp trực tiếp, gián
tiếp, thì loại trừ cũng
là một cách làm hiệu
quả trong nhiều
trường hợp.
Trong rất nhiều
trường hợp, các
phương pháp nghiên
cứu cấu trúc vật liệu
vô cơ giúp giải quyết
nhiều bài toán về vật
liệu composit.
0.2 0.3 0.4
0.1
24

phù hợp.
❑ Ví dụ: Bê-tông Ngoài các phương
quả trong nhiều
trường hợp.
Trong rất nhiều
liệu composit.
0.2 0.3 0.4
0.1
25

phù hợp.
❑ Ví dụ: Bê-tông Ngoài các phương
quả trong nhiều
trường hợp.
Trong rất nhiều
liệu composit.
0.2 0.3 0.4
0.1
26

Liệu rằng có thể biết hết, hiểu
hết toàn bộ các giả thuyết về vật
liệu đã được giới thiệu…?
Có phải lúc nào nghiên cứu cấu trúc cũng
phải đi phân tích, lúc nào cũng phải phá
huỷ mẫu???
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC LÀ
NGHIÊN CỨU CÁI GÌ?
Có phương pháp
nghiên cứu vạn
năng cho mọi loại
vật liệu không?
Nghiên cứu cấu trúc
nếu không làm ở
phòng thí nghiệm thì
có thể làm ở ngay
hiện trường không?
Bước đầu về nghiên cứu cấu trúc
0.2 0.3 0.4
0.1
27

Trong 3 yếu tố cần quan tâm,
liệu rằng có thể chỉ cần quan
tâm chỉ 1 là đủ?
Thành phần hoá, pha hay hạt quan trọng
đến cấu trúc chung. Tuy nhiên, trong từng
mục đích cụ thể, có thể ưu tiện chọn lựa.
❑ Thành phần hoá
❑ Thành phần pha (khoáng)
❑ Thành phần hạt
Có yếu tố nào quan
trọng hơn các yêu
tố còn lại không?
Lưu ý, thành phần
hoá giống, thành
phần pha khác; thành
phần hoá, pha giống,
thành phần hạt khác,
cấu trúc và tính chất
sẽ khác.
0.2 0.3 0.4
0.1
28

Phân bố kích thước hạt là một
loạt các giá trị, biểu đồ hoặc một
hàm toán học.
Hình học tình thể giả sử các phần tử cấu
tạo là chất điểm; hoá học tinh thể bắt đầu
xét đến kích thước, bán kinh phần tử,…
➢ Phân bố kích thước hạt cho
biết kích thước của các hạt,
số lượng hoặc tỷ lệ hiện diện
trong hệ hạt.
➢ Thông tin phân bố kích
thước hạt rất quan trọng đối
với việc phân tích, kiểm soát
và tối ưu hóa nhiều quá trình
như kết tinh (và kết tinh lại),
hòa tan và phân hủy…
Kích thước phụ thuộc
vào hình dạng và
phép đo. Hình dạng
thật luôn khác hình
dạng lý tưởng trên lý
thuyết,….
0.2 0.3 0.4
0.1
Đường kính
Kích thước ngang
Kích
thước
dọc
Phân bố kích
thước hạt rất
quan trọng để
hiểu các đặc
tính vật lý và
hóa học của vật
liệu,
29

Thành phần hoá học rất quan
trọng, đặc biệt với các vật liệu kỹ
thuật.
Cường độ, độ cứng, độ dẻo, độ giòn, chống
ăn mòn, tính hàn,… phụ thuộc vào thành
phần hóa học của vật liệu.
➢ Thành phần hóa học cho biết
các nguyên tố được kết hợp
với nhau để tạo thành vật
liệu đó.
➢ Thành phần hóa ảnh hưởng
rất nhiều đến các đặc tính
của vật liệu kỹ thuật.
➢ Thành phần hoá nên được
nghiên cứu chung với thành
phần pha.
0.2 0.3 0.4
0.1
Tính ăn mòn
trong các môi
trường cũng
phụ thuộc
nhiều vào
thành phần
hoá.
Nếu thành phần pha
(khoáng) quyết định
đá có “quý” vì có
cấu trúc “kim
cương” không thì
thành phần hoá cho
ra màu của đá đó…
https://www.geologyin.com/2015/01/the-chemical-composition-of-various.html
30

Thành phần pha là thông số đặc
trưng và quan trọng bậc nhất
trong kỹ thuật vật liệu ceramic.
Thành phần pha bao gồm cả pha tinh thể
và pha vô định hình (pha thuỷ tinh).
0.2 0.3 0.4
0.1
Pha, trong nhiệt động lực
học, lượng vật chất đồng
nhất hoặc đồng nhất về
mặt hóa học và vật lý có
thể được tách ra cơ học từ
một hỗn hợp không đồng
nhất và có thể bao gồm
một chất hoặc một hỗn
hợp các chất.
Kim cương tự nhiên từ
carbon xếp chặt theo
kiểu FCC. Trong khi
kim cương nhân tạo
corundum (Al2O3) xếp
chặt theo kiểu HCP.
Kim cương nhân tạo
Sapphire
Ruby Corundum
(Al2O3)
Theo thang độ cứng Mohs
• Kim cương có độ cứng 10
• Corundum nguyên chất có độ
cứng 9
https://geology.com/minerals/corundum.shtml
Thành phần pha cho biết có phải cấu trúc
kim cương corundum hay không.
Thành phần hoá cho biết là ruby đỏ hay
sapphire xanh.
31

Định tính: trả lời câu hỏi: có mặt
hay không; là gì…?
Định lượng: trả lời câu hỏi: bao
nhiêu?
Có thể định lượng bằng nhiều phương
pháp khác nhau và ra các kết quả không
giống nhau.
➢ Cấu thành từ nguyên tố nào, oxit nào…?
➢ Hàm lượng?
➢ Cấu thành từ pha (khoáng) tinh thể hay vô định hình?
➢ Hàm lượng?
➢ Kích cỡ hạt.
➢ Phân bố kích thước hạt.
Không phải phương
pháp nào cũng có
thể vừa định tính
vừa định lượng
được.
Lúc này, không phải
là đúng hay sai, mà là
phương pháp được
chọn có thật sự phù
hợp hay không?
0.2 0.3 0.4
0.1
32

Ngoài ba yếu tố thành phần hoá,
pha và hạt, còn cần đến phân
tích nhiệt?
Các phân tích có thể là phương pháp trực
tiếp hoặc gián tiếp.
❑ Ví dụ
Thông qua hiệu ứng
nhiệt bên trong, có
thể biết được cả
quá trình phản
ứng.
Thông thường,
cần sử dụng kết
hợp ít nhất 2
phương pháp.
Phân tích nhiệt TG
Phân tích thành phần hoá XRF
Phân tích thành pha (khoáng)
XRD
0.2 0.3 0.4
0.1
33

Mức độ kết khối của một sản
phẩm gốm sứ có thể được phân
tích qua ảnh vi cấu trúc.
Quan sát vi cấu trúc cho phép lý giải
nhiều tính chất và đoán được thông số chế
tạo (như nhiệt độ nung). Ngược lại, khi biết
trước thông số, có thể dự đoán được ảnh…
Quan sát ảnh vi
cấu trúc, có thể
nhận ra được pha
lỏng, pha thuỷ tinh,
phân bố của pha
tinh thể, hình thái
học tinh thể,…
Quan trọng là lấy
mẫu thế nào để
mang tính đại
diện.
❑Sự hình thành pha thủy tinh do quá
trình kết khối liên tục tạo ra cấu trúc
vi mô trong đó các khoáng sét có bề
mặt nhẵn (850-1000°C).
❑Ngược lại, nung dưới 800°C, vi cấu
không có bằng chứng của quá trình
kết khối hoặc chỉ cho thấy giai đoạn
đầu của quá trình kết khối.
Ảnh vi
cấu trúc
Nhiệt độ
nung
Materiality, Techniques. "Society in Pottery Production. The Technological Study of Archaeological Ceramics through Paste Analysis." Warsaw and Berlin: De Gruyter Open (2014).
0.2 0.3 0.4
0.1
Vi cấu trúc là những cấu trúc vật chất được nhìn thấy ở cấp độ vi mô, cấu trúc
của một vật thể được kính hiển vi phát hiện ở độ phóng đại lớn hơn 25 lần.
34

huỷ mẫu???
ĐỂ LÀM GÌ?
Có phương pháp
nghiên cứu vạn
0.2 0.3 0.4
0.1
35

Rõ ràng cần xác định lại mục
tiêu của việc nghiên cứu cấu
trúc. Phục vụ mục đích gì.
Thực tế là các nhà máy sản xuất hiện nay
bắt đầu đòi hỏi kỹ sư phải có kiến thức về
phân tích và kỹ năng đọc-hiểu kết quả.
❑ Nghiên cứu được dùng để:
➢ Thiết lập hay xác nhận các dữ kiện.
➢ Tái xác nhận kết quả trước đó.
➢ Giải quyết những vấn đề mới hay đang tồn tại
➢ Chứng minh các định lý, hay phát triển những lý thuyết mới.
Càng rõ mục đích,
căng dễ tìm ra
chiến lược phù
hợp.
Dù trong môi trường
học thuật hay sản
xuất, vẫn cần thiết
xác lập mục đích
ngay từ đầu.
0.2 0.3 0.4
0.1
36

huỷ mẫu???
LÀ LÀM GÌ?
Có phương pháp
nghiên cứu vạn
0.2 0.3 0.4
0.1
37

Đặt câu hỏi luôn là bước đầu
tiên. Nó giống như việc thiết lập
các tiền đề, giả thuyết ban đầu
trước khi bắt đầu nghiên cứu.
Thu thập dữ liệu quan trọng bao nhiêu thì
trình bày, diễn đạt kết quả cũng quan
trọng bấy nhiêu.
❑ Là một quá trình có các bước thu thập và phân tích thông tin
nhằm gia tăng sự hiểu biết về một chủ đề hay một vấn đề.
❑ Gồm ba bước:
➢ Đặt câu hỏi.
➢ Thu thập dữ liệu để trả lời cho câu hỏi.
➢ Trình bày câu trả lời cho câu hỏi đó.
Trong quá trình
nghiên cứu, câu hỏi
cần được gợi lại, so
sánh, và có thể hỏi
thêm hoặc đổi câu
hỏi nếu có phát
hiện mới.
Diễn đạt lại kết quả
không có nghĩa là bê
nguyên xi toàn bộ kết
quả ra, Mà phải có
thêm bước chọn lọc,
tinh lọc, sắp xếp, lý
giải, kiến giải và bình
luận.
0.2 0.3 0.4
0.1
38

❑ Là một quá trình có các bước thu thập và phân tích thông tin
nhằm gia tăng sự hiểu biết về một chủ đề hay một vấn đề.
❑ Gồm bốn bước:
➢ Đặt các câu hỏi và giả thuyết.
➢ Xây dựng chiến lược nghiên cứu.
➢ Thu thập dữ liệu từ phương pháp nghiên cứu phù hợp.
➢ Xử lý dữ liệu và trình bày kết quả.
Trong quá trình
hiện mới.
luận.
0.2 0.3 0.4
0.1
39

Trong quá trình
hiện mới.
luận.
0.2 0.3 0.4
0.1
40
Xác định
“kích cỡ”
cấu trúc
Xác định
mục đích
Xác định
cỡ mẫu
Xác định tiêu
chí đánh giá
Bắt đầu
https://www.jfe-tec.co.jp/en/analysis/physical-index.html

KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ, CÂU HỎI, BÀI TẬP VỀ NHÀ 41
❑ Bài tập lớn/tiểu luận: 10%
❑ Thảo luận: 20%
❑ Giữa kỳ: 20% →50 phút
❑ Cuối kỳ: 50% →100 phút
Bài tập
E-learning
T. 1 T. 2 T. 3 T. 4 T. 5 T. 6 T. 7 T. 8 T. 9 T. 10 T. 11 T. 12
❑ Quyền:
➢ Tương tác trong buổi học.
➢ Phản hồi sau buổi học.
➢ Thảo luận suốt khoá học.
➢ Điểm số tương xứng với
nỗ lực và năng lực.
❑ Nghĩa vụ:
➢ Không vi phạm quy định, quy chế
học vụ.
➢ Đóng góp cho môn học.

• Cách sắp xếp các phần tử cấu tạo trong chất
rắn được gọi là cấu trúc chất rắn.
• Nghiên cứu cấu trúc tập trung vào thành
phần hoá, thành phần pha, thành phần hạt và
hiệu ứng nhiệt.
• Chiến lược nghiên cứu quan trọng không
kém hiểu biết về từng phương pháp nghiên
cứu riêng lẻ.
TÓM TẮT NỘI DUNG CHÍNH
• Nguồn gốc hay bản chất của một vật liệu có
thể được xác định thông qua việc kiểm tra
cấu trúc của nó.
42

Bằng cách tiếp cận phù hợp,
chính vật liệu sẽ kể cho chúng ta nghe
những câu chuyện thú vị của chúng

Hãy theo đuổi sự ưu tú,
thành công sẽ theo đuổi bạn

Cac PPNCVLVC_Chuong 0_Mo dau_Huynh.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Cac PPNCVLVC_Chuong 0_Mo dau_Huynh.pdf

Similar to Cac PPNCVLVC_Chuong 0_Mo dau_Huynh.pdf (20)

Cac PPNCVLVC_Chuong 0_Mo dau_Huynh.pdf