扫描隧道显微镜(STM)——一种观察原子世界的新方法

扫描隧道显微镜(STM)是研究表面结构的一种新型仪器,它可以直接提供出周期的或非周期结构在真实空间中原子分布的三维图象.本文介绍了扫描隧道显微镜的原理及其应用.并就笔者利用该仪器对一些矿物表面结构的探索性工作作了部分的简要介绍.

使用扫描隧道显微镜(STM)研究石墨及碳纤维的表面结构特征

本文所介绍的扫描隧道显微镜是一种用于表面研究的新技术,它可以实时地观察到物质表面原子在真实空间的排列及其电子性质。作者采用这种技术观察了天然石墨的(001)表面结构并首次拍摄了垂直于(001)方向的石墨的STM图象。在对碳纤维的观察中发现了一种类似于金刚石型的表面结构。

钒钡铜矿晶体结构的再测定

钒钡铜矿Cu_3Ba(VO)4)_2(OH)_2的空间群为C_2/m,晶胞参数:a_0=1.0270(2),b_0=0.5911(1),c_0=0.7711(2)nm,β=116.42(3)°。用RIGAKU RASA-IIS四圆单晶衍射仪收集了强度数据,采用帕特逊法及电子密度函数法测定了晶体结构,用614个独立的衍射点(|F_0|>3δ|F_0|)对结构进行修正,R=0.051。晶体结构分析表明钒钡铜矿具层状结构,构造层平行于(001)。根据晶胞参数对其X-射线粉晶衍射线进行了指标化。

新矿物袁复礼石的晶体结构

本文采用直接法测定了袁复礼石的晶体结构，结构参数经最小二乘法修正后R=0．048。结构分析表明袁复礼石与硼镁钛矿结构类型一致，M1位置上为Fe端元组分，M2位置上为Mg端元组分的新矿物，晶体化学式为：（Mg0.9342+Fe0.1852+）1.119（Fe0.6033+Al0.1793+T0.1094+Mg0.1092+）1.000（B0.

西藏蛇绿岩豆荚状铬铁矿中简单氧化物矿物组合及其超高压成因

最近在西藏罗布莎蛇绿岩豆荚状铬铁矿中，发现包括金刚石、柯石英和某些简单氧化物，诸如SiO2、MgO、Fe2O2、Cr2O2、A12O2以及（Si，Ti）02等组成的矿物群。这些矿物是非常复杂的由70~80种矿物组成的地幔矿物群的一部分。这充分证实在地幔中存在简单氧化物。高压一高温相平衡实验表明，硅酸盐矿物在下地幔条件才可分解成FeO、MgO和SiO2等简单氧化物（＞670km）。因此有理由认为罗布莎简单氧化物可能来自下地幔深部。

核-幔物质晶体化学、矿物学及矿床学初探

大量的高温、高压实验表明随着温度和压力的增加 ,地幔氧化物及硅酸盐的晶体结构会发生与其温度和压力相适应的多型转变 ,并导致元素金属性的增加 ,即氧离子半径的缩小以及硅和其他阳离子半径的增大。来自地核部分物质的晶体化学及晶体物理目前还很少涉及 ,根据其物质组成 ,可能具有金属及金属互化物的性质 ,即原子呈等大球最紧密堆积 ,具有高熔点、难溶性等特征。在地球形成时作为地核物质是最先凝聚的 ,并由于重力分异沉入地核 ,上升至浅部时不与其他元素化合 ,保持了零价状态 ;等大球最紧密堆积使其在地球各层圈中晶体结构保持恒定。地幔热柱使核、幔物质上升至地球浅部成为可能 ,并形成矿物及矿床。以西藏罗布莎铬铁矿床为例 ,已经发现了多达 5 0种的铂族元素矿物、铁族元素矿物及其金属互化物 ,包括成分复杂多变的Os Ir ,Os Ir Ru ,Pt Fe ,Ir Fe Ni,Fe Ni Cr及Fe Co等矿物 ,它们还与来自核幔边界的Si,Fe ,FexSiy,FeO和SiO2 矿物共生 ,其中铂属矿物及其金属互化物矿物应视为来自E层的地核矿物 ;探讨了该区矿物与陨石矿物在共生组合方面的相似性 。

CCD单晶衍射仪进行单晶德拜衍射

利用CCD单晶衍射仪的旋转图功能,并进行了支持软件的开发,实现了单晶体拍摄德拜衍射图,提出了利用单晶体获取粉晶衍射图谱的一种新方法。对比实验表明,该方法相当实用而有效,对稀有贵重样品的衍射分析具有十分重要的意义。

西藏蛇绿岩地幔中的主要自然金属矿物

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的罗布莎蛇绿岩块的豆荚状铬铁矿床中 ,揭示出一个由 70～ 80种矿物组成的地幔矿物群 ,包括自然金属、合金、硫 (砷 )化物、氧化物和硅酸盐等。这些矿物呈包裹体或脉石产于铬铁矿石中 ,经人工重砂分析 ,自然元素矿物有自然硅、自然铁、自然锌、自然铅、自然铝、自然铬、自然锡、自然镍、自然钨、自然钛、自然锇、自然铱、自然钌、自然钯、石墨、金刚石、自然金和自然银等。文中选择一些自然元素矿物 ,探索这些地幔矿物特点以及蛇绿岩和铬铁矿的形成机制。根据共生矿物群以及罗布莎地幔橄榄岩为新鲜的未蛇纹石化的岩石 ,认为罗布莎自然元素矿物与蛇纹石化作用无关。它们可能是在地核形成时期滞留于地幔中的成核物质 ,抑或是核幔之间化学反应的产物 ,后来被铬铁矿矿浆捕获 ,并同铬铁矿一起由地幔柱作用和板块作用侵位于浅部并仰冲出露于地表。

稀土氨基酸配合物的研究(Ⅲ)——[Pr_2Cl_2(Gly)_4(H_2O)_6]·4Cl配合物的晶体结构

在水溶液中合成并培养了甘氨酸镨(或钐)配合物单晶,元素分析结果表明,化学式可用Ln(Gly)_2·Cl_3·3H_2O表示(Ln=Pr,Sm;Gly为甘氨酸)。X射线衍射测定结果,其结构式为(Pr_2Cl_2(Gly)_4(H_2O)_6]·4Cl,属单斜晶系,空间群P2_1/n,Z=2,晶胞参数为:a=1.0055(2),b=1.4619(3),c=1.0041(2)nm,β=102.09(1)°。每两个中心Pr^(3+)由两个甘氨酸羧基桥联成双核配合物。Pr^(3+)还与一个甘氨酸羧基双齿配位,再与3个O(H_2O)和一个Cl配位。Pr^(3+)的配位数为8。配位多面体由两个三角十二面体组成。

雅鲁矿：一种金属碳化物新矿物

雅鲁矿产于中国西藏曲松县罗布莎蛇绿岩铬铁矿山中（29°5′N，92°5′E，拉萨市东南约200公里处）。伴生矿物有金刚石、碳硅石、方铁矿、饿铱矿、铱锇矿（自然锇）、方镁石、铬铁矿等。与雅鲁矿伴生的金属碳化物有桐柏矿、陨碳铁矿、钛碳矿和曲松矿（IMA2007—034）。雅鲁矿及其伴生矿物都是从人工重砂大样中经选矿富集后得到的。该矿物为不规则粒状，粒径20～60μm，钢灰色，不透明。莫氏硬度：5．5～6，性脆{001}解理完全，贝壳状断口。化学分子式为：（Cr4Fe4Ni）∑9C4，或（Cr,Fe，Ni）∑9C4。六方晶系，空间群：P63／mc，a=18．839（2）A，c＝4．4960（9）A，V＝745．7（2）A3，Z＝6，计算密度：7．19g／cm^3。雅鲁矿己被国际新矿物命名及矿物分类委员会（CNMMNC）批准为新矿物（IMA2007—035），样品（M11650号）保存在中国地质博物馆。

地球深部金属碳化物的晶体化学

金属碳化物的矿物十分稀少,但人工合成物则在化学成分及晶体结构两方面分布均较为丰富,可分成两种结构类型,即填隙结构型及复杂化合物型,其形成机理与碳原子与金属原子的半径比(Rc/Rm)有关。金属碳化物是西藏罗布莎铬铁矿床地幔矿物群的重要组成部分。列举了在该地区已发现的若干金属碳化物种属。探讨了该类矿物的形成机理以及该类矿物中的某些种属表征其形成的温度、压力状态的可能性。

热液矿床矿物微形貌与晶体生长环境研究

应用高分辨率扫描隧道显微镜(STM)和场效应扫描电镜(FEG SEM),对取自山西义兴寨金矿等4处热液矿床的黄铁矿、方铅矿、赤铁矿等矿物的表面生长微形貌进行了观察研究,并与实验合成的黄铁矿、方铅矿等矿物的微形貌特征进行对比。发现了自然矿物结晶三维成核成因的黄铁矿微球状晶,在合成和自然矿物的晶面观察到漏斗状晶和胞状结构等生长形貌。合成黄铁矿表面发育平整光滑的生长台阶,反映静态无扰动、接近平衡的晶体生长环境;而大量产于热液矿床的黄铁矿、方铅矿等晶体普遍发育胞状或拉长的胞状结构表面,并总体呈台阶状排列的表面结构,证明自然成矿热液体系的高过饱和度和流动生长环境。研究表明,热液成矿过程中矿物结晶作用有从成核、台阶状晶体生长、到形成“平衡”多面体生长的一个演化过程;形成于复杂条件的矿物晶体表面微观结构,包含丰富的成矿环境信息。

煤矸石的纳米结构研究及用其烧制结晶釉的试验

研究了硅质煤矸石的物质成分和微观结构 ,揭示了其纳米结构的特点。用硅质煤矸石配料烧成了硅酸锌结晶釉 ,并发现其烧成温度较传统配料烧成者低。煤矸石中所含的少量铁质对烧成及制品性能无不利影响。

Mg-Fe电气石的热膨胀与相变

对Mg Fe系列的两种电气石进行了不同温度下的热膨胀与相变研究 ,发现电气石在 90 0℃以下保持稳定 ,90 0～ 95 0℃分解 ,镁电气石分解为堇青石 α与非晶质 ,黑电气石分解为赤铁矿与Al5(BO3)O6。加热过程中电气石晶胞大小发生变化 ,是晶体热膨胀与Fe2 + →Fe3+ 替代、OH-→O2 -替代综合作用的结果。在含Fe的电气石中 ,晶胞收缩幅度取决于电气石中Fe2 + 的含量 ;80 0℃时 ,Fe2 + 完全氧化 ,表面赤铁矿晶出 ,晶胞收缩显著。电气石的热膨胀率为锂电气石 >镁电气石 >黑电气石 ;c轴 >a轴。

雅鲁藏布江蛇绿岩中超高压矿物硅尖晶石的研究

从西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的罗布莎蛇绿岩的铬铁矿中,发现一个由70～80种奇异矿物组成的地幔矿物群,其中包括一种成分特殊的尖晶石类矿物。该种尖晶石呈包裹体分布在毒砂中,28粒该矿物的平均化学成分:Na_2O1.58%,MgO7.52%,Al_2O_336.59%,SiO_244.45%,FeO8.72%,并含少量CaO和TiO_2。经激光拉曼谱仪测试,一部分颗粒具有Franclinite(锌铁尖晶石ZnFe_2O_4)拉曼谱。根据尖晶石结构和化学成分,可以得出两种分子式:(Mg_(0.52)Na_(0.14)Fe_(0.32)Al_(0.74))_(1.72)(Si_(2.00)Al_(1.20))_(3.20)O_8和(Mg_(0.52)Na_(0.14)Fe_(0.32)Si_(0.50))_(1.48)(Si_(1.50)Al_(1.94))_(3.44)O_8。两种分子式都表明阳离子Si呈六配位占据尖晶石八面体晶格位置。Si离子呈六配位的硅酸盐,实验证明具有超高压性质,来自相当于过渡带400～670km的深部。表明西藏雅鲁藏布江蛇绿岩(古大洋岩石圈)的岩浆活动达到过渡带。可能是地幔柱活动将硅尖晶石类等超高压矿物搬运到上地幔浅部的。

西藏罗布莎铬铁矿床中的金刚石包体X更线衍射研究

在西藏罗布莎蛇绿岩的豆荚状铬铁矿石及橄榄岩中找到了金刚石,少数金刚石存在有硅酸盐包体。本研究采用X射线衍射中的CCD(电子藕合)探测技术,测得了粒度仅为20 μm左右的包体矿物的粉晶X衍射数据,数据表明该硅酸盐包体有两种,为滑石和蛇纹石。从而说明了西藏罗布莎产于蛇绿岩中的金刚石是天然金刚石,并非“人工合成物”。

新矿物——罗布莎矿的晶体结构精修

利用微量衍射方法得到的粉晶衍射数据和Rietveld全谱拟合方法精修了合金新矿物罗布莎矿(β-FeSi2)的晶体结构,新矿物计算理论分子式为Fe0.83Si2.00,属斜方晶系,空间群为Cmca,a=0.98362 nm,b=0.78301 nm,c=0.78655 nm,z=16。结构精修发现Fe有明显的占位不足,并且这种不足只表现在Fe2位置上,结构中Fe2有明显的空位缺席构造特征。

西藏罗布莎铁族元素金属互化物矿物及其成因探讨

对西藏罗布莎铬铁矿中的铁族元素金属及金属互化物矿物进行了X射线衍射测定,结果显示其归属于镍纹石、自然铁、钴铁矿及铁镍矿4种矿物。它们与超高压矿物方铁矿、铂族元素矿物等连生,形成于深部的高还原环境,矿物的化学成分与地核十分相近,故认为它们可能来自于地幔及地核。

西藏罗布莎铬铁矿中硅铁合金矿物的X射线衍射研究

天然成因的硅铁合金,通常认为与地幔及陨击事件有关。通过应用新的衍射技术,得到了西藏罗布莎蛇绿岩块豆荚状铬铁矿床中硅铁合金的粉晶X射线衍射数据,确认了合金物相为FeSi_2和FeSi及少量自然硅,确定了物相组合关系。本区硅铁合金具有FeSi→FeSi_2→自然硅的晶出顺序,推测其形成环境中的还原程度依次增高。

两种半水石膏形态特征的电子显微镜研究及其形成机理的探讨

用天然二水石膏单晶进体行了脱水制备半水石膏的试验 ,分别制备了 α半水石膏和 β半水石膏。对其形貌特征进行了扫描电子显微镜观察 ,发现它们的形貌特征有很大的差异。结合其 X射线衍射图谱 ,分析了它们的形成机理。指出造成 β半水石膏经可溶性硬石膏向不溶性硬石膏转变温度比 α半水石膏高的原因是由于其结晶程度比前者差 。