电子显微镜时代与纳米地球科学

光学显微镜的广泛运用,扩展了观察认识地球固体物质组成、结构、构造的视野,促使地球科学从简单描述走向理论研究,催生了地球科学的第一次革命;21世纪地球科学研究全面向地球表层转移,迫切需要认识地球物质纪录的纳米尺度信息;现代电子显微镜在地球科学中的广泛运用,催生了纳米地球科学的诞生。纳米地球科学诞生推动地球科学家将从纳米尺度解读过去所未知的固体地球演代过程的信息;纳米地球科学的兴起将引起地球科学的一场新的革命。

纳米地球科学:从电子运动到岩石层板块

纳米尺度科学的研究者们在1 nm(纳米)到100 nm 空间范围内探索自然运作规律。尽管地球科学家们以探索大尺度、复杂的过程而自豪,但几乎所有地质现象的本源都来源于纳米尺度的现象。据保守估计,地球近表面由10^(30) nm^2的非生物和生物表面构成(Hochella and White,1990;Whitman,

纳米地球科学：内涵与意义

纳米地球科学是纳米科技与地球科学的结合,是一门高度综合的交叉学科,很难划分出经典意义上的单科性研究.纳米地球科学的研究对象主要分为纳米物质与纳米孔隙,二者成因多样、尺度效应明显、广泛分布,对于前者,主要通过各类图像表征手段观察其形态、大小、聚集方式,通过各类谱学方法研究其晶体结构、分子结构等;对于后者,则主要通过图像表征手段、流体注入方法与数值模拟的结合来表征孔隙形态、孔径分布、连通性等特征.纳米地球科学的学科内涵主要体现于:在各传统地球科学学科研究的基础和框架上,针对地球不同圈层中纳米尺度微粒形成、运移、聚集和存在形式以及孔隙形成与演化等亟待解决的科学问题开展系统研究,从而加深对矿物、岩石、构造、地化以及资源、灾害、环境等分支学科纳米尺度特性的认知.纳米地球科学的产生与发展使人类在认识和改造自然方面进入了一个新层次,是地球与行星科学发展的必然途径,为矿床勘探、资源开发、新能源利用、环境污染和地质灾害的预防与治理等问题提供了新的理论依据,有着不可估量的科学意义和应用价值.

第一届中国纳米地球科学学术研讨会暨中国地质学会纳米地质专业委员会成立大会在京成功召开

地球科学历经几百年的发展,在宏观和微观领域已经取得了重大进展.伴随着科技的巨大进步,地球科学正在向更宏观和更微观的两个明显的方向发展,即天体行星科学和纳米地球科学.纳米地球科学指以纳米科学与地球科学为依托,纳米技术与地学工具为手段,以地球物质为研究对象,对地球各圈层中已知或有待探知的纳米微粒和孔隙进行分析研究,从而揭示地学现象和过程中纳米尺度信息以及成因规律的科学．

纳米地球化学刍析:起源、研究进展和发展方向

纳米地球化学是纳米科技与地球化学相结合的产物,旨在研究自然界普遍存在的纳米物质的成因、特殊性质以及对地球化学过程的影响。本文简要阐述了纳米地球化学的起源、相关研究进展,并为该学科未来的发展提出了设想和建议。

透射电子显微镜在地球科学研究中的应用

随着新技术应用和学科交叉融合,现代地球科学的研究尺度正在向更宏观和更微观两极延伸,分别促进了行星地球科学的发展和纳米地球科学的诞生.纳米地球科学借助先进的微区原位分析技术,旨在研究地学中的纳米尺度现象,如纳米矿物/颗粒、纳米结构和纳米矿物界面等及其在地质、地球化学过程中的作用.透射电子显微镜具有纳米和原子水平的空间分辨率和多种微区原位分析能力,是纳米地球科学研究中的重要分析平台.本文在介绍透射电子显微镜工作原理的基础上,举例评述了透射电子显微镜技术在岩石超微结构、球粒陨石和矿物中痕量元素赋存以及微生物矿化作用与微化石研究中的应用,并简要介绍了透射电子显微镜在地球科学研究应用中的注意事项及相关建议.

透射电子显微镜技术新进展及其在地球和行星科学研究中的应用

近年来,各种微束分析技术的快速发展及其在地球和行星科学领域的广泛应用,极大地推动了纳米地球科学和行星科学的学科发展和科学研究.透射电子显微镜(简称透射电镜)因具有空间分辨率高和综合分析能力强等优点,在地球与行星物质的微纳尺度到原子水平的形貌、晶体结构、矿物相鉴定、化学成分、原子成像和微磁结构等研究中发挥着巨大作用.在简要回顾透射电镜的发展历程、物理结构和工作原理的基础上,结合本实验室过去几年的工作内容,重点介绍了透射电镜的基本功能、样品制备方法及其在地球和行星科学研究中的应用范例.通过与其他微束分析技术的简单对比,还初步分析了透射电镜在地球与行星科学研究领域的应用现状和未来趋势.

聚焦离子束显微镜技术及其在地球和行星科学研究中的应用

聚焦离子束-扫描电子显微镜作为重要的微纳米尺度精细加工、微小样品制备和微区原位显微分析设备,与其他高精尖显微分析仪器(如透射电镜、离子探针、原子探针和同步辐射等)配合使用,可为纳米地球科学发展提供重要技术支撑。本文在简要介绍聚焦离子束-扫描电镜技术的原理、功能和技术发展的基础上,重点展示该技术在加工制备透射电镜超薄片样品和原子探针针尖样品中的应用,以及在代表性地学样品(如矿化微生物和页岩等)样品三维重构成像分析上的应用。最后,分析了该技术的未来发展趋势,并对它在地球和行星科学研究中的注意事项进行了初步探讨。

序言

地球科学经过几百年的发展，在宏观和微观领域已经取得了重大进展．伴随着科技的巨大进步，地球科学正向超宏观和超微观的两个方向发展：行星地球科学和纳米地球科学．纳米地球科学指以纳米科学与地球科学为依托，以纳米技术与地学工具为手段，以地球物质为研究对象，对地球各圈层中纳米微粒和孔隙进行分析研究，从而揭示地学现象和过程中纳米尺度信息以及成因规律的科学．