树皮煤的原子力显微镜研究.pdf

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1、2第01卷2年74月地⋯质、论ru评r。GEOLOGICALREVIEWVol·58N。·4July2012树皮煤的原子力显微镜研究焦垄，姚素平，张科，胡文碹南京大学地球科学与工程学院，南京，210093内容提要：利用原子力显微镜观察了树皮煤中两种主要显微组分树皮体和镜质体表面纳米结构特征，揭示了镜质组镜质体大分子团具有网状结构的特征，而类脂组树皮体大分子团具有纤维状、颗粒状和网络状排列结构，随演化程度的提高，树皮体大分子团结构的演化依次表现为纤维状—一粒状—一不规则网状—一网状结构，镜质体则由结构松散的网状结构向高度定向排列的规则网状结构演化。利用AFM的横切面

2、分析工具定量分析了显微组分表面的大分子结构排列，为显微组分分子结构演化和成烃机理研究提供了重要的科学依据。关键词：煤岩显微组分；原子力显微镜；树皮体；镜质体；结构演化煤结构的研究已经有100多年的历史，但由于对煤中显微组分镜质组和惰性组的表面形貌进行了煤的非均质性、组成和结构的复杂性以及演化过程观察，并利用AFM的量化功能分析了显微组分表面中的多变性，依然存在许多疑点有待进一步研究阐的粗糙度和硬度。Golubev等(2008)通过AFM观明(Fuchseta1．，1942；黄第藩等，1984；Rullkotteret察和分析了天然沥青的大分子团结构，并据此提出a1

3、．，1990；秦匡宗等，1995，1998；Shramaeta1．，了天然沥青大分子结构的变质演化模式。国内也有2000a，b；Marzeceta1．，2002；Kabeeta1．，2004；少数学者试探性地利用AFM观察了煤的表面结构，Vandenbrouckeeta1．，2007；Frolkoveta1．，2011；Yao杨起等(1994)采用AFM观察了无烟煤并初步获得eta1．，2011)。多年来，科研工作者一直在探索可以了煤表面的AFM结构图像，常迎梅等(2006)对煤在原子或分子水平上研究物质的结构和性质的方表面的孑L隙结构进行了初步的AFM观察。但上

4、述法。Binnig等于20世纪80年代成功研制了新型的研究都是基于磨光片下的观察，由于低变质的煤或表面分析仪器——原子力显微镜(AtomicForce类脂组表面形态复杂，而AFM分辨率是纳米尺度，Microscope，AFM)(Binnigeta1．，1986)，它的出现使需要样品非常平整(如云母片的表面平整度就适合人们能够实时观察单个原子和分子在物质表面的排AFM的观察)，否则样品和AFM针尖的逼近将非常列状态，AFM不仅能够提供物质在纳米尺度、分子困难，产生的信号也十分不稳定，信噪比低，成像效水平上的表面形貌，而且可提供样品表面的动态三果不好。因此，目前的研究

5、大多数是选择变质程度维图像和用于分析的量化信息。与目前的其它表面相对较高、外表形态相对平整的无烟煤、半石墨化煤分析技术相比，AFM具有工作环境要求低，对样品和石墨化煤作为观察对象。本次研究采用超薄切片无特殊要求等特点，在材料和生命科学中得到了广方法，首次观察了类脂组显微组分和低变质的树皮泛应用(Bakereta1．，2000；Gunningeta1．，2003；煤，试图通过AFM观察树皮煤表面超微结构特征，Benitezeta1．，2004；朱传凤等，2007；Caneta1．，为解剖树皮煤大分子团结构及其演化机理提供重要2010)。依据。尽管AFM在其它领域应用

6、广泛，但只有很少的研究涉及到煤。Yumura等(1993)通过AFM初步观l样品和方法察了煤的表面形貌和特征。Lawrie等(1997)观察和原子力显微镜观察样品要求样品表面尽可能平分析了煤中的孔隙结构，Bruening等(2005)则首次整，本次研究采用超薄切片法。超薄切片法是利用注：本文为国家自然科学基金资助项目(批准号40973051)的成果。收稿日期：2012-01．24；改回日期：2012-05-3l；责任编辑：章雨旭。作者简介：焦垄，男，1985年生。博士研究生。主要从事有机地球化学方面的研究。Email：jiaokun@foxmail．con。通讯作

7、者：姚素平，教授。电话：025—83687102；Email：spyao@nju．edu．cn。地质论评透射电子显微镜的制片方法，目的是保证切面的完渐变暗再逐渐变亮的变化特点，明暗条纹的间距约整和自然状态，且超薄切片的厚度足够薄(100nm)，为100—300nm。三维立体形貌图显示暗色条纹为使得表面的平整度好，便于观察表面结构。AFM观凹陷或凹沟，亮色条纹为突起，突起的高度约为几纳察模式为接触式，接触式模式的特点是可以得到稳米至几十纳米(图lb、c)。网状结构极不规则，网孔定的高分辨率图像。实验仪器为美国Digital公司大小差异极大，形态多种多样，如长方形、长

8、条形、新N