Tóm tắt Luận án Nghiên cứu quá trình động học sự hình thành và biến đổi của C và một số hợp chất chứa C

C2, Fe7C3. Phân tích các quá trình hình thành và mối 
quan hệ của các thù hình như Fe2C, θ-Fe3C, χ-Fe5C2. Phân tích các nghiên 
cứu về hai thù hình của Fe7C3 là lục giác và trực thoi. Trong đó tính ổn định 
của hai thù hình đã được các tác giả đưa ra bằng các phương pháp tính toán 
lý thuyết. Từ đó phân tích và xác định những vấn đề tồn tại mà luận án sẽ 
tập trung giải quyết. 
Thứ ba: Tổng quan về cấu trúc mạng tinh thể một số thù hình cơ bản của 
SiC như 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC. Phân tích các nghiên cứu về chuyển pha 
của SiC dưới tác dụng của chùm điện tử trong TEM. Từ đó câu hỏi đặt ra là 
SiC biến đổi như thế nào dưới tác dụng của chùm điện tử. 
Thứ tư: Tổng quan về cấu trúc mạng tinh thể ZnO. Ảnh hưởng của pha tạp 
C vào mạng tinh thể ZnO đến tính chất vật lý của vật liệu như tính chất 
quang, tính chất từ. Nguồn gốc từ tính của vật liệu ZnO-C có thể đến từ các 
nguyên nhân khác nhau, cần làm rõ cấu trúc địa phương và hóa học của vật 
liệu để giải thích nguồn gốc từ tính. 
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 
Chương này tác giả trình bày phương pháp chế tạo các vật liệu nano C và 
hợp chất của C ( Fe-C, SiC, ZnO-C). Trong đó vật liệu nano C, Fe-C, SiC 
chế tạo bằng phương pháp nghiền bi hành tinh năng lượng cao kết hợp gia 
nhiệt nhanh và làm lạnh nhanh. Vật liệu nano ZnO pha tạp C được chế tạo 
bằng phương pháp solgel kết hợp sử lý nhiệt. 
Trong chương này còn trình bày các phương pháp phân tích cấu trúc tinh 
thể bằng cách sử dụng phần mềm Gatan DigitalMicrograph đi kèm với hệ 
HRTEM của viện AIST. Bao gồm phân tích cấu trúc tinh thể bằng ảnh hiển 
vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM), ảnh nhiễu xạ điện tử (SAED) 
và ảnh chuyển nhanh Furier (FFT). 
6 
Bên cạnh đó, phương pháp hàm phân bố kết cặp (PDF) được trình bày để 
nghiên cứu cấu trúc tinh thể, sự pha tạp, hiệu ứng thay thế, điền kẽ và biến 
dạng của mạng tinh thể. 
CHƢƠNG 3. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HẠT NANO TINH 
THỂ KIM CƢƠNG 
3.1. Nghiên cứu sự hình thành hạt nano tinh thể kim cƣơng 
3.1.1. Phân tích cấu trúc hạt nano tinh thể kim cƣơng 
Hình 3.1 là ảnh HRTEM của một hạt nano ban đầu có dạng lõi - vỏ kích 
thước ~ 25 nm. Vỏ gồm nhiều lớp nguyên tử, lõi gồm hai tinh thể khác 
nhau, kích thước ~ 20 nm và ~ 5 nm. Dưới tác dụng của chùm điện tử hình 
thái của hạt nano liên tục biến đổi, quá trình này được quan sát trong 
khoảng thời gian 1 giờ. Thời điểm quan sát 17 phút quan sát thấy vỏ bất trật 
tự hơn, lõi tinh thể cũng bất trật tự hơn có thể trở thành vô định hình vì 
không quan sát thấy các mặt tinh thể như thời điểm ban đầu. Trạng thái vỏ 
bị rối loạn và lõi bất trật tự giống như vô định hình quan sát được trong 
khoảng thời gian 10 phút. Tiếp theo, thời điểm 36 phút các tinh thể (đa tinh 
thể) được hình thành trở lại. Đa tinh thể quan sát được ổn định đến thời 
điểm 52 phút. 
Hình 3.2 là ảnh HRTEM của cấu trúc lõi - vỏ quan sát tại thời điểm quan sát 
ban đầu, phân tích cấu trúc lớp vỏ cho thấy đây là các lớp nguyên tử cacbon 
liên kết theo hình lục giác. Lõi tinh thể sau khi phân tích cấu trúc cho thấy 
gồm hai đơn tinh thể là sắt cacbua kích thước khoảng 5 nm và đơn tinh thể 
Hình 3.1. Biến đổi hình thái 
cấu trúc của vật liệu C dưới 
tác dụng của chùm điện tử. 
7 
kim cương kích thước khoảng 20 nm. Trong quá trình quan sát và phân tích 
cho thấy đơn tinh thể sắt cacbua có vị trí cố định. Do đó trong phần này sẽ 
phân tích sự biến đổi cấu trúc của đơn tinh thể kim cương. 
Thời điểm quan sát t = 17 phút, ảnh HRTEM cho thấy các lớp graphit và 
tinh thể diamon trở thành vô định hình (Hình 3.3). Trạng thái vô định hình 
được quan sát trong khoảng thời gian 10 phút, sau đó là quá trình tái cấu 
trúc tinh thể. 
Thời điểm 10 phút sau đó, từ đám C gần giống vô định hình (ở thời điểm 17 
phút) đã dần hình thành một số tinh thể kim cương kích thước nhỏ hơn 
~5nm. Cấu trúc gồm nhiều tinh thể kim cương kích thước nhỏ là khá ổn 
định. 
Đến thời điểm quan sát t = 52 phút vẫn là các tinh thể kim cương kích thước 
khoảng 5 nm được quan sát và chỉ ra trong Hình 3.5. 
Hình 3.2. Ảnh HRTEM 
của cấu trúc C tại thời 
điểm ban đầu: (a) Ảnh 
HRTEM cho thấy cấu 
trúc lõi-vỏ, (b) và (c) kết 
quả phân tích cấu trúc 
chỉ ra lõi là tinh thể kim 
cương 
Hình 3.3. Ảnh HRTEM của cấu trúc C 
tại thời điểm quan sát 17 phút: (a) Ảnh 
HRTEM cho thấy cấu trúc lõi-vỏ,các 
lớp vỏ bất trật tự hơn so với thời điểm 
ban đầu (b) ảnh FFT của vùng lõi cho 
thấy là vô định hình. 
8 
Hình 3.5. Phân tích cấu trúc của các tinh thể tại thời điểm quan sát t = 52 
phút: (a) Ảnh HRTEM (b) Ảnh FFT của ảnh HRTEM, các khoảng cách d = 
2.06 Å và d = 2.52 Å ứng với các mặt tinh thể ̅ của kim 
cương. 
Như vậy từ tinh thể kim cương bọc trong các lớp C onions dưới tác dụng 
chùm điện tử năng lượng cao trong HRTEM đã làm cho các lớp nguyên tử 
cacbon và tinh thể kim cương chuyển thành vô định hình. Sau đó các tinh 
thể kim cương kích thước nhỏ hơn được hình thành trở lại và ổn định hơn. 
3.1.2. Mô hình giải thích sự hình thành hạt 
nano tinh thể kim cƣơng 
Có thể giải thích quá trình chuyển pha của nano 
kim cương theo nguyên lý cực tiểu năng lượng tự 
do. Xét hệ gồm hai pha và như trong Hình 
3.6. Nếu xét hệ đang cân bằng nhiệt ở thể tích 
không đổi thì năng lượng tự do của hệ là: 
 + (3.2) 
Hệ có số hạt không đổi: 
NA + NB = const, dNA + dNB = 0. Suy ra: 
 (3.3) 
Hệ sẽ dịch chuyển theo chiều để dF < 0: nếu 
 thì dNA > 0 tức là, pha tăng lên về số 
hạt (~ chưa cân bằng khuếch tán). Khi có quá 
trình khuếch tán xảy ra thì thế hóa của cả hai pha 
đều thay đổi cho đến khi thế hóa bằng nhau 
 . Do đó, khi mầm tinh thể kim cương 
Hình 3.6. Mô hình 
chuyển pha của hệ gồm 
hai pha A và B, trong đó 
𝜇 
𝐴
, 𝜇 
𝐵 
tương ứng là 
thế hóa, 𝛾𝐴 và 𝛾𝐵 tương 
ứng là sức căng mặt 
ngoài, dNA và dNB là số 
hạt thay đổi . 
9 
nằm trong graphit sẽ chịu một áp suất sức căng mặt ngoài 
 và 
hệ sẽ thay đổi đến khi ). Khi đó tinh thể kim cương đạt 
kích thước lớn nhất. 
Ban đầu chúng ta có một hạt tinh thể nano kim cương kích thước d ~ 20 nm. 
Có thể hiểu hạt nano kim cương này chính là tinh thể được hình thành theo 
cơ chế nói trên ở quá trình trước đây khi tạo mẫu. Do đó, có thể hiểu bán 
kính của hạt tinh thể kim cương này chính là bán kính giới hạn của tinh thể 
kim cương theo mô hình nói trên: 
 (3.5) 
Quá trình trước hạt nano kim cương đã phát triển đến kích thước d ~ 20 nm. 
Trong trường hợp này do kích thích chùm điện tử quá trình chuyển pha lại 
diễn ra. Nếu còn C xung quanh thì hạt kim cương tiếp tục phát triển về kích 
thước và đạt d ~ 20 nm như ban đầu. Đây chính là cơ chế tạo ra hạt nano 
kim cương cỡ 20 nm đã quan sát được. 
3.2. Kết luận chƣơng 3 
Đã giải thích được quá trình hình thành nano kim cương bằng cơ chế cực 
tiểu năng lượng tự do để đạt được trạng thái cân bằng khuếch tán, cân bằng 
cơ học, nhiệt học. Khi có mầm kim cương kích thước rất nhỏ, do có áp suất 
mao dẫn sức căng mặt ngoài tác dụng nên thế hóa kim cương nhỏ hơn 
graphit, dưới tác động kích thích năng lượng, hệ tự động chuyển graphit 
thành kim cương. Để tăng Entropy thì hệ sẽ bất trật tự hơn, tạo ra nhiều tinh 
thể nano kim cương. Tuy nhiên, kích thước tới hạn của các hạt nano kim 
cương được tạo thành theo cơ chế này chỉ cỡ 20 nm. 
CHƢƠNG 4. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ CHUYỂN PHA CỦA 
SẮT CACBUA 
4.1. Nghiên cứu sự chuyển pha của nano tinh thể sắt cacbua Fe7C3 
4.1.1. Phân tích cấu trúc tinh thể của hai pha trực thoi và lục giác của 
Fe7C3 
Hình 4.1. là ảnh HRTEM của một cấu trúc lõi vỏ, lõi là một đơn tinh thể 
kích thước khoảng 30 nm, vỏ gồm nhiều lớp nguyên tử. Quá trình biến đổi 
hình thái của cấu trúc được quan sát trong thời gian 100 phút. Kết quả phân 
tích cấu trúc cho thấy một số thời điểm chuyển pha được trình bày dưới đây. 
10 
Thời điểm quan sát ban đầu, cấu trúc có nhiều lớp vỏ bao bọc một đơn tinh 
thể (Hình 4.2a). Phân tích cấu trúc cho thấy vỏ là các lớp nguyên tử C. Lõi 
là tinh thể Fe7C3 trực thoi (o-Fe7C3) hướng [010]. 
Hình 4.2. Thời 
điểm quan sát 
ban đầu: (a) Ảnh 
HR-TEM, (b) Ảnh 
phóng to lớp 
nguyên tử 
cacbon, kết quả 
phân tích cấu trúc 
tinh thể trong 
hình (c) và (d) 
cho thấy đây là 
tinh thể o-Fe7C3 
hướng [010]. 
Hình 4.1 Ảnh HRTEM của hệ 
vật liệu tại một số thời điểm 
quan sát trong khoảng thời 
gian 100 phút. 
11 
Thời điểm quan sát t = 87 phút (Hình 4.3). không còn các lớp nguyên tử ở 
phần vỏ. Phân tích cấu trúc cho kết quả là tinh thể o-Fe7C3 hướng [122]. Kết 
quả này suy ra rằng tinh thể nano sắt cacbua vẫn giữ cấu trúc o-Fe7C3, chỉ 
có hướng tinh thể vuông góc với mặt phẳng ảnh HRTEM đã quay từ [010] 
đến [122]. 
Thời điểm quan sát t = 92 phút, những thay đổi trong ảnh HRTEM của tinh 
thể nano được quan sát thấy một lần nữa. Kết quả phân tích cấu trúc cho 
thấy cấu trúc tinh thể o-Fe7C3 đã chuyển sang cấu trúc lục giác của Fe7C3 
(h-Fe7C3) hướng tinh thể [001] (Hình 4.4) 
Có sự chuyển pha từ pha trực thoi sang pha lục giác của Fe7C3. 
Hình 4.3. Tinh thể sắt 
cacbua tại thời điểm quan 
sát t = 87 phút: (a) Ảnh 
HRTEM, kết quả phân tích 
cấu trúc trong hình (b) và 
(c) cho thấy đây là tinh thể 
o-Fe7C3 hướng [122]. 
Hình 4.4. Tinh thể sắt 
cacbua tại thời điểm 
quan sát t = 92 phút: 
a) Ảnh HR-TEM, kết 
quả phân tích cấu 
trúc hình (b) và (c) 
cho thấy đây là tinh 
thể h-Fe7C3 với 
hướng [001]. 
12 
Thời điểm quan sát t = 97 phút, phân tích cấu trúc cho kết quả đây là tinh 
thể h-Fe7C3
 hướng [041] (Hình 4.6). Kết quả cho thấy rằng tại thời điểm này 
tinh thể nano sắt cacbua giữ nguyên cấu trúc h-Fe7C3, chỉ hướng tinh thể 
vuông góc với mặt phẳng ảnh HRTEM đã quay từ [001] đến [041]. 
Thời điểm quan sát 100 phút, kết quả phân tích cấu trúc cho thấy một sự 
biến đổi cấu trúc tinh thể. Từ cấu trúc h-Fe7C3 hướng [041] (ở 97 phút) đã 
biến đổi thành cấu trúc tinh thể o-Fe7C3 hướng [1 ̅2] (Hình 4.7). Thời điểm 
này Fe7C3 có sự biến đổi quay trở lại pha trực thoi. 
Như vậy, năng lượng điện tử tác dụng lên các nguyên tử của mạng tinh thể 
làm cho chúng ở trạng thái kích thích, đôi khi có sự chuyển qua lại giữa hai 
pha trực thoi và lục giác. Thời gian tồn tại ở pha trực thoi lâu hơn có thể cho 
rằng pha o-Fe7C3 ổn định hơn pha h-Fe7C3. 
Hình 4.7. Tinh thể sắt 
cacbua tại thời điểm quan 
sát 100 phút: (a) Ảnh HR-
TEM, (b) và (c) là kết quả 
phân tích cấu trúc chỉ ra 
tinh thể o-Fe7C3 hướng 
[1 ̅2]. 
Hình 4.6. Tinh thể sắt 
cacbua tại thời điểm 
quan sát t = 97 phút: (a) 
Ảnh HR-TEM, (b) và (c) là 
kết quả phân tích cấu trúc 
chỉ ra tinh thể h-Fe7C3 
hướng [041]. 
13 
4.1.2. Sự chuyển pha qua lại giữa hai pha trực thoi và lục giác của 
Fe7C3 
Các tính toán lý thuyết chỉ ra rằng, tổng năng lượng Enthalpies hình thành 
cấu trúc h-Fe7C3 là 38,9 meV/nt và o-Fe7C3 là 22,0 meV/nt. Tổng năng 
lượng Enthalpies hình thành cấu trúc h-Fe7C3 và o-Fe7C3 chênh lệch khoảng 
 16,9 meV/nt. Hai pha nói trên đều có thể tồn tại, như vậy tại mỗi trạng 
thái, các pha nằm ở một cực tiểu địa phương năng lượng (hố thế năng 
lượng) như trình bày tại Hình 4.8. Quá trình chuyển pha (chuyển trạng thái) 
được ngăn cản bởi một “rào thế” (Hình 4.11). 
Năng lượng 16.9 (meV/nguyên tử) tương ứng với năng lượng dao 
động nhiệt của nguyên tử ở ~ 200 K. Ban đầu vật liệu đang ở pha o-Fe7C3 
tổng năng lượng Enthalpies thấp hơn so với pha h-Fe7C3. Khi năng lượng 
kích thích lớn hơn sẽ có một xác suất nhất định để có sự chuyển 
mức năng lượng Enthalpies cao hơn ứng với pha h-Fe7C3. Chùm điện tử liên 
tục tác dụng làm cho nguyên tử bị kích thích nên pha h-Fe7C3 không bền và 
vượt qua “rào thế” để trở về pha o-Fe7C3. 
Có thể tính toán được các giá trị và “rào thế” từ số liệu thực nghiệm 
thu được là các khoảng thời gian tồn tại hai pha 5 phút, 95 
phút. 
Theo định luật Bolztmann, xác suất tồn tại của một trạng thái có năng lượng 
E 
 (4.1) 
Hình 4.8. Mô hình năng lượng và quá 
trình chuyển pha qua lại giữa hai cấu 
trúc h-Fe7C3 và o-Fe7C3 dưới tác dụng 
chùm điện tử kích thích, năng lượng 
Enthalpies hình thành cấu trúc h-Fe7C3 
và o-Fe7C3 là 38,9 (meV/nguyên tử) và 
là (22,0 meV/nguyên tử), 𝛿 là hàng rào 
thế (năng lượng kích hoạt). 
14 
Do đó tỷ lệ xác suất ( ) tồn tại của hai pha ứng với hai trạng thái năng 
lượng E1, E2 là: 
 (4.2 
trong đó , là thời gian tồn tại quan sát được của hai pha, 
 là độ biến thiên năng lượng của hai pha, T nhiệt độ môi trường xung 
quanh. Suy ra: 
 (
) (4.3) 
Nhiệt độ môi trường cỡ T ~ 100 K vì buồng đo được làm lạnh bằng Ni-tơ 
lỏng (Thóa lỏng = 77 K). 
Do đó năng lượng suy ra “rào thế” 
 . Khoảng cách này thường được gọi là năng lượng kích hoạt. Giá trị 
của “rào thế” này như tính toán ở đây là không quá lớn. Thông thường vật 
liệu có thù hình khác nhau thì hai năng lượng ở các trạng thái khác nhau 
không quá lớn nên dễ có sự chuyển pha qua lại khi hệ chịu một kích thích 
năng lượng hợp lý. Khi hết quá trình kích thích năng lượng, một cách tự 
nhiên, hệ sẽ quay về và tồn tại ở trạng thái có năng lượng thấp hơn. 
4.2. Nghiên cứu sự hình thành nano tinh thể sắt cacbua χ-Fe5C2 từ θ-
Fe3C 
4.2.1. Phân tích cấu trúc tinh thể của các tinh thể sắt cacbua θ-Fe3C và 
χ-Fe5C2 
Hình 4.9. là ảnh HRTEM của vật liệu có dạng lõi vỏ, trong đó vỏ gồm nhiều 
lớp nguyên tử cacbon và lõi là tinh thể kim cương ~ 20 nm (đã phân tích ở 
chương 3), tuy nhiên trong lõi còn có một tinh thể sắt cacbua ~ 5 nm. Trong 
phần này sẽ trình bày quá trình biến đổi hình thái cấu trúc của tinh thể sắt 
cacbua trong khoảng thời gian quan sát 36 phút. 
Hình 4.9. Biến đổi hình thái cấu trúc sắt cacbua dưới tác dụng của chùm 
điện tử: (a) tại t = 0, (b) t = 17 phút, (c) t = 30 phút, (d) t = 36 phút 
15 
Thời điểm quan sát ban đầu (Hình 4.10) phân tích cấu trúc tinh thể cho thấy 
tinh thể trong lõi là sắt cacbua θ-Fe3C kích thước khoảng 7 nm, hướng quan 
sát [100]. 
Thời điểm quan sát t = 17 phút (Hình 4.11) các lớp graphit có sự rối loạn, 
bất trật tự. Kết quả phân tích cấu trúc trong Hình 4.11b-c cho thấy các vết 
nhiễu xạ tương ứng với các mặt của tinh thể θ-Fe3C trực thoi, hướng [001]. 
Như vậy tinh thể Fe3C chuyển hướng so với thời điểm ban đầu. 
Thời điểm quan sát t = 36 phút, các lớp graphit đã biến mất hoàn toàn. Kết 
quả phân tích cấu trúc tinh thể sắt cacbua tại thời điểm này xác định đây là 
tinh thể χ-Fe5C2 đơn tà, hướng [ ̅21] (Hình 4.12). 
Hình 4.10. Tinh thể sắt 
cacbua tại thời điểm quan 
sát ban đầu: (a) Ảnh 
HRTEM, kết quả phân 
tích cấu trúc tinh thể 
Fe3C hướng [100] chỉ ra 
trong hình (b) và (c). 
Hình 4.11. Tinh thể sắt 
cacbua tại thời điểm t = 
17 phút: (a) ảnh HR-
TEM, (b) và (c) kết quả 
phân tích cấu trúc tinh 
thể Fe3C hướng [001]. 
16 
4.2.2. Sự phản ứng và hình thành tinh thể sắt cacbua χ-Fe5C2 
Pha θ-Fe3C là một pha có tỉ lệ hàm lượng C/Fe (1/3 = 33,3%) thấp hơn so 
với χ-Fe5C2 (2/5 = 40%). Vì vậy khi pha θ-Fe3C nằm trong C có thể có một 
sự chênh lệch thế hóa giữa hai phần. Khi này hệ chưa có sự cân bằng hóa 
học. Khi có sự kích thích của chùm điện tử, pha θ-Fe3C nhận năng lượng và 
trở nên bất trật tự rồi trở thành trạng thái gần như vô định hình. Lúc này, 
pha θ-Fe3C rất dễ nhận thêm C theo chiều hướng giảm năng lượng tự do F 
cho đến khi hệ cân bằng hóa học (thế hóa của pha Fe-C cân bằng với thế 
hóa của C xung quanh). Cuối cùng, pha θ-Fe3C đã phản ứng với C xung 
quanh để tạo ra χ-Fe5C2. Quá trình này xảy ra khá tự nhiên theo quan sát 
thông thường, khi một hợp chất nghèo C hơn nằm trong một môi trường rất 
giàu C, nếu có sự hợp lý về năng lượng, hệ sẽ lấy thêm C để trở thành một 
hợp chất giàu C hơn 
4.3. Kết luận chƣơng 4 
Kết quả đã cung cấp bằng chứng thực nghiệm khẳng định sự tồn tại hai pha 
trực thoi (o-Fe7C3) và lục giác (h-Fe7C3) của Fe7C3 
Dưới tác dụng của chùm điện tử, quá trình chuyển qua lại giữa hai pha trực 
thoi và lục giác của Fe7C3 đã xảy ra. Trong đó pha o-Fe7C3 ổn định hơn pha 
h-Fe7C3. 
Năng lượng kích thích chuyển qua lại giữa hai pha 
 . 
Cung cấp thông tin sự biến đổi từ θ-Fe3C thành χ-Fe5C2 giàu C hơn. 
Hình 4.12. Tinh thể sắt 
cacbua tại thời điểm 36 
phút (a) Ảnh HR-TEM, kết 
quả phân tích trong hình b 
và c cho thấy đây là tinh 
thể Fe5C2 hướng [ ̅ ]. 
17 
CHƢƠNG 5. QÚA TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA 
DÂY NANO SILIC CABUA 3C-SiC 
5.1. Nghiên cứu sự hình thành dây nano tinh thể SiC 
5.1.1. Phân tích cấu trúc qúa trình hình thành dây nano tinh thể SiC 
Hình 5.1a là hình ảnh HRTEM của một dây nano ngắn, có sẵn mọc ra từ 
một đám nguyên tử không có cấu trúc tinh thể (vô định hình), quan sát ban 
đầu cho thấy dây có dạng lõi vỏ, đầu dây có thể có một mầm kết tinh. Gốc 
của dây tại thời điểm quan sát t = 8 phút được chỉ ra tiếp theo (Hình 5.1b). 
Hình 5.1c là hình ảnh HRTEM của phần gốc dây tại thời điểm quan sát t = 
70 phút cho thấy dây có sự phát triển, đường kính dây thời điểm này ~ 10 
nm, và thân dây dang kết tinh thành tinh thể với độ dài kết tinh được ~ 40 
nm. Tiếp theo, Hình 5.1d là hình ảnh HRTEM của phần gốc dây tại thời 
điểm quan sát t = 70 phút cho thấy đường kính dây hơn 10 nm và thân dây 
kết ở trong lõi với chiều dài ~ 50 nm. Các thời điểm quan sát tiếp theo, Hình 
5.1e và 5.1f là hình ảnh HRTEM của phần gốc dây tại thời điểm quan sát t = 
90 và t = 95 phút cho thấy tinh thể đang phát triển với độ dài kết tinh được 
tương ứng là ~ 60 và ~ 80 nm. Đến thời điểm quan sát t = 100 phút phần 
gốc của dây bắt đầu bị thắt lại. Đến thời điểm quan sát t = 110 phút thì gốc 
dây bị đứt ra khỏi đám nguyên tử vô định hình ban đầu. 
Hình 5.1. Ảnh TEM quá trình phát triển và kết tinh dây nano theo thời gian 
(vùng kết tinh được đánh dấu bởi mũi tên) 
Phân tích cấu trúc dây tại thời điểm quan sát t = 85 phút cho thấy trên dây 
tồn tại 3 vùng chính như chỉ ra trong Hình 5.2a. Vùng (I) tồn tại một đơn 
18 
tinh thể đã được hình thành. Vùng (II) là một vùng chứa “chóp nhọn” của 
đầu tinh thể kéo dài lên từ vùng (I) là phần mà tinh thể đang và tiếp tục 
được hình thành, phát triển lên. Vùng (III) hoàn toàn vẫn đang ở trạng thái 
vô định hình. 
Phân tích cấu trúc tinh thể của vùng (I) trên Hình 5.2c và 5.2d cho kết quả 
đây là tinh thể thể 3C-SiC. 
5.1.2. Mô hình giải thích qúa trình hình thành dây nano tinh thể SiC 
Hình 5.2a là một hình ảnh rất thú vị vì nó là một hình ảnh trực quan về sự 
tồn tại nhiều trạng thái, kết tinh, mầm kết tinh và vô định hình trên cùng một 
khối vật liệu. 
Quá trình này đang là một quá trình 
động liên tục thay đổi theo thời gian. 
Cơ chế hình thành và kết tinh khối tinh 
thể trong trường hợp này là khá lạ so 
với các quá trình thông thường khi chế 
tạo các vật liệu. Do chùm điện tử có 
năng lượng lớn tác động vào khối nền 
chứa C vô định hình và một hàm lượng 
nhỏ Si, vùng nền này khá lớn và hấp 
thụ các năng lượng do các điện tử tác 
động. Năng lượng này làm trạng thái vô 
định hình vốn đã có sự ổn định kém, 
càng trở thành trạng thái bị kích thích 
cao, các nguyên tử rất linh hoạt. Khi 
này bản thân các nguyên tử trong khối 
nền có xu hướng bị đẩy ra phía ngoài 
vỏ của vùng nền. Một dây nano ban đầu 
mới được hình thành, khi nhận năng 
lượng và một “dòng” vật chất bị đẩy từ 
trong lõi khối nền ra vỏ rất dễ dàng tiếp 
tục mọc lên. (Hình 5.3) 
Khi dây đủ dài năng lượng truyền dẫn 
cho cả dây do đó năng lượng kích thích 
trên số hạt giảm. Khi này năng lượng 
kích thích giống như một tác động để làm các nguyên tử dao động quanh về 
trí cân bằng đang có và tìm cách sắp xếp lại trật tự hơn ứng với thế hóa 
giảm, năng lượng tự do giảm nhưng số hạt không đổi. 
Hình 5.2. Phân tích cấu trúc 
tinh thể trên than dây nano tại 
thời điểm 85 phút: (a) Ảnh 
HRTEM dây nano, (b) ảnh 
FFT của vùng (III), ( c) và (d) 
kết quả phân tích cấu trúc cho 
thấy tinh thể 3C-SiC hướng 
[011]. 
19 
Quá trình kết tinh ở phương pháp 
hóa lý thông thường thì các 
nguyên tử ở pha lỏng hoặc pha hơi 
lắng đọng từ từ xuống đế lạnh 
hình thành mầm tinh thể và tinh 
thể được phát triển dần l