為了探究煤系石墨形成過程中結(jié)構(gòu)演化及不同石墨化程度無煙煤和石墨的熱反應(yīng)行為,選取湖南新化系列變質(zhì)程度無煙煤和煤系石墨為研究對象,通過X射線衍射（XRD）和高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,并結(jié)合程序控制升溫法（TPO）分析不同變質(zhì)程度無煙煤和煤系石墨的熱反應(yīng)行為。結(jié)果表明,隨變質(zhì)程度的增加,碳結(jié)構(gòu)由無煙煤中的無定形態(tài)轉(zhuǎn)變成石墨的三維有序C原子點(diǎn)陣。系列石墨化煤是由多種有序度不同的碳結(jié)構(gòu)相組成,體現(xiàn)了其結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性,碳結(jié)構(gòu)相含量及分布隨變質(zhì)程度而逐漸變化,石墨化程度最高的煤系石墨中主要為石墨微晶集合體,但依舊含有結(jié)構(gòu)缺陷。無煙煤和煤系石墨中碳結(jié)構(gòu)的多相性和不均勻分布是影響其熱反應(yīng)行為的重要原因。 

【文章來源】：煤田地質(zhì)與勘探. 2020,48(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

湖南新化寒婆坳礦區(qū)地質(zhì)簡圖

a.對于變質(zhì)程度相對較低的無煙煤，以LX-3為例(圖3a)，基本結(jié)構(gòu)單元(BSU)可被清晰地觀察到，BSU單體線徑在1～2 nm，單體間基本不連續(xù)，呈“之”字形排列，選區(qū)電子衍射(SAD)呈環(huán)狀，與XRD圖譜中寬緩的002峰相對應(yīng)，是碳的無定形態(tài)，為典型的無煙煤結(jié)構(gòu)。b.對于變質(zhì)程度更高的稠木礦樣品，以CM-3為例(圖3b),BSU之間互相聯(lián)結(jié)，并呈近平行排布形成局部分子定向疇(MOD)，類似劉欽甫等[16]觀察到的微柱石墨，但局部分子定向疇內(nèi)部依舊存在結(jié)構(gòu)缺陷，而且MOD在同一樣品中只是局部出現(xiàn)。MOD的形成一方面體現(xiàn)了煤的芳香度顯著提高，另一方面使煤大分子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一定的定向性。

c.對更靠近巖體的SL-5樣品，MOD大面積發(fā)育，其橫向延伸可達(dá)10 nm左右，堆砌度為8～12層不等，但MOD之間依舊為無序排布(圖3c)，相鄰幾何單元間存在斜交現(xiàn)象，并被一些BSU單體和雜原子官能團(tuán)等結(jié)構(gòu)所交聯(lián)，但該樣品的選區(qū)電子衍射圖譜依舊為彌散衍射環(huán)(圖3d)，表明其為碳的無序結(jié)構(gòu)，處于變質(zhì)無煙煤階段。d.圖3e和圖3f分別為樣品SL-3和BC-3中出現(xiàn)的無定形態(tài)碳顆粒的HRTEM圖，類似MOD大面積發(fā)育的SL-5樣品，但延展度和堆砌度有一定程度下降，可能與這2個(gè)礦距離巖體較近、受到應(yīng)力作用較大有關(guān)，應(yīng)力作用一定程度上破壞了部分局部分子定向疇。

【參考文獻(xiàn)】：
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