GIỚI THIỆU
Trong suốt quá trình chuẩn bị đồ tác tạo nhuộm màu hoặc đồ tác tạo trang trí, như là các đồ làm từ kính, khảm kính, đồ gốm sứ thủ công …các hạt màu vô cùng nhỏ hoặc các dị vật của vật liệu thô sẽ lẫn vào với thành phần của kính hoặc là gốm sứ, tất cả những thành phần này cùng một khối lượng nhỏ các thành phần khác sẽ được thêm vào hỗn hợp để có thể đạt được các đặc trưng riêng cuối cùng của sản phẩm. Các đầu dò phân tích vi mô thông thường sẽ cho thông tin thành phần nguyên tố của các hạt đơn lẻ nhưng không cho biết được tính đồng nhất về khoáng vật học của chúng. Bởi vì các hạt này thường rất nhỏ và khan hiếm nên nó không thể được mô tả đặc điểm một cách chính xác bằng kĩ thuật phân tích dòng. Nhiễu xạ tia X- một kĩ thuật truyền thống nhất được dùng để đạt được thông tin tinh thể học và khoáng vật học, phép đo được áp dụng đối với mẫu vật liệu bột, thậm chí trong trường hợp phân tích bề mặt, phép đo có thể đưa ra được kết quả nhưng còn tùy thuộc vào độ phức tạp của mẫu. Tuy nhiên, cần có một số lượng mẫu tối thiểu để có thể tạo ra được các tín hiệu tia X. Khối lượng tối thiểu này thông thường sẽ lớn hơn lượng mẫu sẵn có đối với loại mẫu được thử nghiệm trong bài báo này.
Ngược lại, với mỗi hạt tinh thể, thậm chí là mẫu có kích thước bé hơn 1 micron, đều có thể làm nhiễu xạ các điện tử sơ cấp của chùm tia trong kính hiển vi điện tử quét SEM. Kết quả của các nhiễu xạ như vậy tạo ra tín hiệu nhiễu xạ tán xạ ngược điện tử (EBSD), bao gồm các dải sáng giao nhau, các dải sáng này được sắp xếp phụ thuộc trực tiếp vào mạng tinh thể của hạt được phân tích. Tuân theo hình học của hệ thống, mỗi dải có thể tự động ghi vào bản chỉ số bằng các chỉ số Miller của mặt phẳng tinh thể nhiễu xạ được tạo ra. Mỗi hình ảnh EBSD có các đặc tính của cấu trúc tinh thể và định hướng của các điểm, và có thể được dùng để xác định định hướng cấu trúc tinh thể, đo đạc sự sai lệch các lớp biên của hạt. Trong bài báo này đưa ra sự phân biệt giữa các vật liệu khác nhau.
EBSD là một phép đo có thể thu được các thông tin mà các phép đo thông thường (nhiễu xạ bột X-Ray, phân tích đầu dò vi mạch điện tử, kính hiển vi điện tử truyền qua…) không làm được. Các đặc trưng nổi trội của phép đo EBSD là: (1) có khả năng xác định được một chất trên cơ sở mạng tinh thể của nó; (2) độ phân giải không gian thấp hơn 1um (thường là gần 25 nm cho súng điện tử phát xạ nhiệt trong SEM) và (3) có thể dễ dàng nhận ra và chọn được điểm phân tích và di chuyển từ điểm này tới điểm kia trên hình ảnh điện tử tán xạ ngược (BSE).
Trong bào náo này, kĩ thuât EBSD được áp dụng lên các loại mẫu khác nhau và kĩ thuật này được xem giống như là phương pháp mới cho nghiên cứu các thành phần vật liệu của các đồ tác tạo có tính lịch sử. Việc xác định và mô tả chính xác các đặc điểm của các hạt màu và các sản phẩm khác hoặc các vật liệu giúp ta hiểu biết đầy đủ hơn về nhiều khía cạnh về công nghệ sản phẩm của đồ tác tạo.
VẬT LIỆU
Đồ tác tạo được lấy từ ba bối cảnh lịch sử và địa lý khác nhau (Hình 1), được liệt kê như bên dưới, được chọn cho phân tích EBSD để kiểm tra các ưu điểm của kĩ thuật mới này trong việc mô tả các đặc tính của các vật liệu thô đã dùng (đặc biệt là bột màu):
(1) Vật liệu khảm màu đỏ đục (thế kỉ 13-14 sau công nguyên)
(2) Đồ gốm trang trí màu vàng (thế kỉ 15-17 sau công nguyên) từ địa điểm Via Bertini ở Castelfiorentino (Florence, Italy)
(3) Đồ gốm trang trí màu đen (thế kỉ thứ 9-10 sau công nguyên) từ địa điểm Merv/Mary City (Turkmenistan). Tất cả các mẫu này đã được nghiên cứu thông qua các phép đo khác nhau như kính hiển quang học (OM), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS/WDS), nhiễu xạ bột tia X (XRPD) và quang phổ phát xạ nguyên tử plasma kết hơp tư cảm (ICP-AES) (Casellato và các cộng sự 2004, 2007, 2010; Fenzi và các cộng sự 2006, 2007; Brianese và các cộng sự 2008), đã được tóm tắt như bên dưới để đưa ra một cái nhìn tổng quan về thành phần và các đặc trưng của các đồ tác tạo này. Trên cơ sở các dữ liệu đã đạt được, một vài mẫu đã được chọn cho phép đo EBSD và các mẫu này nếu cần sẽ được phân tích lại bằng phép đo EDS-WDS để đạt được các thông tin điểm cụ thể, điều này rất hữu ích cho các kĩ thuật sản xuất đặc biệt là các nguyên liệu thô đã dùng,
(4)
Hình 1 (a, c, e) Hình ảnh các mẫu được kiểm tra. (b, d, f) Hình ảnh quang học của lớp cắt ngang.
PHƯƠNG PHÁP
Kĩ thuật EBSD đã xuất hiện ở nửa đầu thế kỉ 20, dựa trên những quan sát của Nishikawa và Kikuchi năm 1928, sau đó đã phát triển bởi Boersch (1937) và Alam (1954), cuối cùng được tích hợp với SEM bởi Venables và Harland (1973) và được tối ưu hóa bởi Dingley (1984). Trong những năm qua, EBSD đã được cải thiện với nhiều thiết bị tự tự động hóa và phức tạp, và đã đươc ứng dụng rộng rãi ơ nhiều lĩnh vực khác nhau như kim loại quý, khoa học vật liệu, khoáng vật học, khoa học trái đất và nhiều ngành khác (Lloyd 1987; Adams 1993; Wilkin- son và Hirsch 1997; Prior 1999; Schwartz 2009). Trong những năm qua, nhiều nhà nghiên cứu đã bắt đầu áp dụng phương pháp này đối với các vật liệu khảo cổ học (ví dụ bronze— Peruzzo 2005; Zaghis 2005) và gần đây là xác định các bột mầu trong các đồ tác tạo lịch sử.
Trong EBSD, một chùm điện tử được hướng trực tiếp lên một mẫu nghiêng (Hình 2). Các điện tử này tương tác với các nguyên tử trong mạng tinh thể và một vài điện tử tán xạ thoát ra từ mẫu. Nếu màn hình photpho huỳnh quang được đặt gần mẫu, một hình ảnh nhiễu xạ sẽ xuất hiện trên màn hình bởi vì cường độ của các điện tử thay đổi theo nhiều hướng khác nhau. Hình ảnh này mang đầy đủ đặc trưng về cấu trúc tinh thể và định hướng của vùng mẫu được tạo ra. Hình ảnh nhiễu xạ có thể được dùng để đo đạc định hướng tinh thể, đo đạc các biên hạt sai định hướng và phân biệt những vật liệu khác. Ở chế đô xác định pha (Nowell and Wright 2004; El-Dasher and Deal 2009),
Hình 2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị EBSD cung với một ví dụ về mô hình EBSD.
EBSD đã được dùng để phân biệt các pha tinh thế học khác nhau bằng việc so sánh các góc đo đạc giữa các mặt phẳng từ các mẫu nhiễu xạ, với các góc được tính toán từ một loạt các pha và chọn ra pha phù hợp nhất.
Khi một hình ảnh được tạo ra, nó phải được so sánh và khớp với hình ảnh đã được tiên đoán dựa trên pha dữ liệu cơ bản. Nếu dữ liệu cho một pha cụ thể nào đó không có sẵn, nó sẽ được tạo ra bằng cách thủ công đó là đưa dữ liệu nguyên tử và tinh thể học, nhóm không gian / Laue, biểu tượng Wyckoff và tham số đơn vị tế bào. Chính những lí do này nên việc chọn trước pha có thể sảy ra nhất là cần thiết, để dùng làm pha tham khảo thuận tiện cho việc so sánh; Để chọn được pha như vậy cần tiến hành các phép đo khác nhau (Ví dụ OM, SEM, WDS và XRD). Bảng 1 tóm tắt các pha khoáng sản được nghiên cứu trong bài báo này và được liệt kê cùng với các tham số mạng cùng các dữ liệu tương ứng.
Trong quá trình tiến hành đo đạc mẫu, có thể có một vài vấn đề kĩ thuật nhỏ có thể sảy ra, và khó khăn chủ yếu trong quá trình chuẩn bị mẫu có thể xuất hiện ở giai đoạn đánh bóng mẫu. Thực tế thì một bề mặt nhẵn bóng hoàn hảo là cần thiết để tạo ra những tín hiệu hình ảnh tốt, đủ sắc nét. Sự khác biệt về chiều dài giữa các hạt tinh thể nhỏ và ma trận xung quanh nó có thể là nguyên nhân gây ra việc đánh bóng không hoàn hảo của bề mặt tinh thể. Người ta đã chứng minh rằng các mẫu thủy tinh vô định hình là phù hợp cho việc chụp mẫu EBSD (các đặc trung của pha tinh thể). Tuy nhiên, mẫu đòi hỏi độ đánh bóng cao đẻ đạt được kiểu hình nhiễu xạ tốt, độ cứng của các pha được khảo sát nên tương ứng với độ cứng của kính.
Các mẫu nhỏ được chuẩn bị để quan sát kính hiển vi, đã được đánh bóng và phủ Cacbon để quan sát SEM-BSE và khoanh vùng, lớp phủ cacbon phải mỏng để đủ để cho phép mẫu tạo ra các tín hiệu nhưng cũng phải đủ dầy để tránh được hiện tượng charge-up trong mẫu. Phân tích EBSD trên các mẫu được thực hiện tư năm 2006 và 2008 ở phòng Khoa địa chất (Đại học Padova) sử dụng thiết bị Camscan MX2500 SEM. Điều kiện phân tích như sau : Thế gia tốc = 20kV, Dòng phát = 160 mA, khoảng cách làm việc = 30 mm.
*****************************************************************
Để được tư vấn và biết thêm thông tin chi tiết, xin vui lòng liên hệ:
Công ty TNHH Sao Đỏ Việt Nam
