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《矿物表面特征和表面反应的研究现状及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第22卷 第3期 桂林工学院学报Vol.22No.32002年7月 JOURNALOFGUILININSTITUTEOFTECHNOLOGYJul.2002文章编号:1006-544X(2002)03-0354-05矿物表面特征和表面反应的研究现状及其应用121,31卢 龙,雷良城,林锦富,张佩华(1.南京大学地球科学系,江苏南京 210093;2.江西地质调查研究院,江西南昌 330201;3.桂林工学院资源与环境工程系,广西桂林 541004)摘 要:介绍了
2、矿物表面的化学物理性质及其研究工具,并对硫化物矿物的表面氧化、粘土矿物的表面吸附、硅酸盐矿物和碳酸盐矿物的表面溶解等表面反应的研究现状作了概括.特别报道了黄铁矿表面反应研究的最新进展,包括黄铁矿氧化的反应动力学、黄铁矿表面锖色的指示意义、黄铁矿氧化过程中硫和重金属元素的迁移及其环境效应.上述矿物的表面反应机理和动力学在环境评价与治理、研究全球气候变化等方面具有广泛的应用前景.关键词:表面反应;矿物;研究现状;应用中图分类号:P574文献标识码:B 在水表面,由于氢键的中断产生了水的表面对表面反应进
3、行动态跟踪.张力,这种表面张力主要表现为水膜自动收缩成1 研究矿物表面的工具水滴状以及在一定容器中的水表面总是呈弧面.而在矿物表面,晶体内部质点的平移性周期重复X射线光电子谱(XPS)、紫外光电子谱的中断使表面原子产生过量的电荷密度,即形成(UPS)、俄歇电子谱(AES)、二次离子质量谱[1]表面悬空键.正是表面悬空键的存在,使矿物(SIMS)、激光离子化表面分析(SALI)和表面原子产生了活性而易与介质发生反应;表面Rutherford背散射谱(RBS)等主要应用于表面化悬空键也是使矿物表面有别于
4、矿物体相的实质原学成分及化学状态研究.前三者的工作原理是用因.矿物表面反应包括表面吸附、表面溶解、表电子束轰击样品表面,使表面组分激发出X光电面氧化还原和表面离子交换等,表面反应存在于子、紫外光电子和俄歇电子,收集并分析这些被结晶、溶解、蚀变、风化和成矿等一切地质过程激发出来的信号特征,便分别构成了XPS、UPS、中.而且,表面反应在材料科学、环境科学和医AES分析.SIMS和SALI是使用离子束轰击样品学等学科中也有广泛的应用.表面,使表面顶部几层的原子或分子被激发,其 矿物表面反应性的研究已有
5、一个多世纪的历中,带电荷的那部分粒子被收集进行质量分析:史,在早期阶段,最有效的研究方法是通过测量SALI与SIMS的区别仅在于SALI中增加了一个矿物表面电荷及与矿物表面直接接触的流体成分脉冲激光,使更多的中性粒子发生离子化.RBS[2]随时间改变来研究矿物表面的反应性,这一方是利用高能氦束轰击样品表面,通过收集并分析法仍然是非常有效的研究表面的方法,但20世纪被背散射的He原子,可得到样品表面的成分信60年代发展起来的灵敏的表面显微和表面光谱技息.术,能直接观测表面成分和表面结构,并且可以 原
6、子力显微镜(AFM)、扫描遂道显微镜收稿日期:2002-01-06;修订日期:2002-03-07基金项目:国家自然科学基金资助项目(49673187)作者简介:卢 龙(1964-),男,江西上高人,博士研究生,研究方向为环境矿物学.第22卷 第3期 卢 龙等:矿物表面特征和表面反应的研究现状及其应用355(STM)用于研究表面原子结构和表面微形貌.其通过表面氧化或表面离子交换等作用,甚至可以[8,9]工作原理是:对样品扫描时,探头与样品表面间形成新矿物相.由这种表面吸附作用引起的表的机械作
7、用(AFM)或电子作用(STM)的变化面成分变化的深度一般几至几千埃,但硫化物矿会引起探头位置的变化,根据探头位置变化所构物的氧化所致的成分变化深度可远超过这个值.成的三维图像可用于分析表面微形貌和表面结构.212 表面微形貌LEED是一个传统的研究表面结构的手段. 肉眼所观察到的非常平坦的表面,在分子水LEED是用低能电子束轰击样品表面,其中一些电平上可能是非常粗糙的.天然矿物表面常常是非子被反射,如果样品表面是有序排列,这些电子常粗糙的表面,甚至在具完全解理的解理面上,的背散射将服从布拉格衍射
8、方程.根据背散射电每20～30埃的范围内就有原子级的台阶.矿物表子的衍射花样可分辨样品表面的晶胞形状和晶胞面的微形貌包括:平台、台阶、扭折、空穴(平参数.台上原子或分子尺度的洞穴)和孤岛状吸附原子SEM是研究矿物表面微形貌最常用的手段.或分子.SEM是利用电子束轰击样品表面,产生背散射电 在不同表面位置的原子,其配位数大小的变子、俄歇电子、二次电子等,通过收集能量较低化是:台阶或空穴底面的原子>平台上的原子>的二次电子来分析表面微形貌.台阶顶棱上的原子>扭折的外部顶
