含銅礦物（CuFeO 2 、CuFeS 2 、CuS 2 、CuS）高溫高壓結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性研究
發(fā)布時間：2021-06-23 00:48
本論文利用金剛石壓腔裝置,結(jié)合顯微激光加熱系統(tǒng)和電阻絲加溫裝置模擬地球深部溫壓環(huán)境,對銅鐵礦（CuFeO2）、黃銅礦（CuFeS2）、黃鐵礦結(jié)構(gòu)CuS2、銅藍(lán)（CuS）四種含銅礦物開展高溫高壓實驗研究。運用原位拉曼光譜、同步輻射X射線衍射和掃描電鏡等技術(shù)進(jìn)行分析測試,并結(jié)合第一性原理理論計算模擬進(jìn)行輔助研究。通過探討四種含銅氧化物與硫化物的高溫高壓結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性,進(jìn)而獲得Cu元素在地球深部的價態(tài)、配位多面體形式和可能的賦存形式。（1）通過銅鐵礦（CuFeO2）高壓下激光加溫實驗,在54 GPa、2000 K范圍內(nèi)首次實驗合成了無序的巖鹽結(jié)構(gòu)的(Cu0.5,Fe0.5)O固溶體。(Cu0.5,Fe0.5)O固溶體是一種與下地幔中大量存在的鎂方鐵礦(Mg1-x,Fex)O類似的物質(zhì),它的形成指示了Cu2+離子可能以類質(zhì)同象替代的方式進(jìn)入鎂方鐵礦晶格,...
【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)廣東省
【文章頁數(shù)】：119 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
Mao-Bell型金剛石壓腔裝置示意圖（MaoandBell，1975）
第2章高溫高壓實驗技術(shù)7為金剛石臺面在百萬大氣壓下會發(fā)生彈性變形呈杯狀（Mossetal.，1986），凸起的臺面邊緣可能穿透金屬封墊而導(dǎo)致金剛石破裂。同時，在金剛石壓砧的邊緣切割斜角對于降低樣品腔內(nèi)應(yīng)力梯度也非常重要（Miletichetal.，2000）。圖2.1Mao-Bell型金剛石壓腔裝置示意圖（MaoandBell，1975）Figure2.1IllustrationofMao-Belltypediamondanvilcell(MaoandBell,1975)圖2.2金剛石壓砧的形狀（a）和臺面設(shè)計（b）（Miletichetal.，2000）Figure2.2(a)Shapeofdiamondanvilsand(b)culetdesigns(Miletichetal.,2000)選用金剛石作為壓砧，是因為它具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，比如對各種波段的光都有良好透過性，可以在顯微鏡下直接觀察，更可以結(jié)合多種光譜分析測試手段。金剛石作為天然存在的最硬的物質(zhì)，高硬度是一種用于高壓研究的重要特性。此外，它還具有良好熱導(dǎo)率和低膨脹系數(shù)等特征。對于金剛石本身而言，根據(jù)晶體內(nèi)部含氮情況分類可以分為I型和II型，根據(jù)實驗需求和研究內(nèi)容往往選擇不同的類型（劉云貴等，2019）。例如光散射研究（拉曼光譜）中通常需要選擇低熒光金剛石，以獲得較強(qiáng)的信噪比，而熒光對于X射線衍射實驗研究沒有太大阻
含銅礦物（CuFeO2,CuFeS2,CuS2,CuS）高溫高壓結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性研究10阻絲外加溫實驗中使用的SrB4O7:Sm2+利用分析純試劑SrCO3和Sm2O3粉末，加入硼酸H3BO3在空氣中經(jīng)高溫固固反應(yīng)得到。圖2.3（b）給出了它常溫常壓拉曼光譜測試結(jié)果，該壓標(biāo)在高溫高壓下的拉曼光譜仍然可以保持如同常溫常壓下的尖銳峰形和高強(qiáng)度分辨，作為高溫高壓實驗中紅寶石壓標(biāo)的替代品非常有效。圖2.3常溫常壓下Ruby和SrB4O7:Sm2+壓標(biāo)的熒光光譜Figure2.3ThefluorescencespectrumofRubyandSrB4O7:Sm2+calibrantatambienttemperatureandpressure狀態(tài)方程壓力標(biāo)定方法也叫內(nèi)標(biāo)法，它利用壓力標(biāo)定物質(zhì)（如Pt,Au,Ag,NaCl,KCl）的已知狀態(tài)方程來測定實驗壓力，這些標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的狀態(tài)方程通常是在沖擊波實驗中得到的（Holmesetal.，1989）。實驗中需要將一定量的壓力標(biāo)定物質(zhì)和樣品均勻混合后一同放入樣品腔，通過X射線衍射獲得標(biāo)定物質(zhì)的晶格常數(shù)，然后根據(jù)P-V-T關(guān)系求得當(dāng)前的壓力。由于在測試樣品信號時可同步獲得原位實驗壓力，測壓比較準(zhǔn)確簡便。但內(nèi)標(biāo)法通常需要借助同步輻射裝置開展X射線衍射來測定晶格常數(shù)，較大限制了它在日常實驗中的大量使用。此外，加入的標(biāo)定物質(zhì)需要結(jié)構(gòu)簡單，盡量減少壓標(biāo)的衍射峰對樣品信號的干擾。而且，壓標(biāo)需要化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能與樣品反應(yīng)或者影響實驗結(jié)果。實驗中通常需要提前對樣品做預(yù)測分析來選擇合適的標(biāo)定物質(zhì)。礦物相變測壓是利用已知相變壓力與溫度關(guān)系的礦物來測量壓力的。當(dāng)?shù)V物開始發(fā)生相變時，當(dāng)前實驗壓力就是該礦物的相變壓力。常見的是利用NaCl在約30GPa左右發(fā)生的B1相與B2相之間的轉(zhuǎn)變，當(dāng)實驗觀察到NaCl發(fā)生相變時，腔內(nèi)壓力約為30GPa。由于礦物相變往往有滯后效應(yīng)，這種測壓方法不夠準(zhǔn)
本文編號：3243877
【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)廣東省
【文章頁數(shù)】：119 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
Mao-Bell型金剛石壓腔裝置示意圖（MaoandBell，1975）
第2章高溫高壓實驗技術(shù)7為金剛石臺面在百萬大氣壓下會發(fā)生彈性變形呈杯狀（Mossetal.，1986），凸起的臺面邊緣可能穿透金屬封墊而導(dǎo)致金剛石破裂。同時，在金剛石壓砧的邊緣切割斜角對于降低樣品腔內(nèi)應(yīng)力梯度也非常重要（Miletichetal.，2000）。圖2.1Mao-Bell型金剛石壓腔裝置示意圖（MaoandBell，1975）Figure2.1IllustrationofMao-Belltypediamondanvilcell(MaoandBell,1975)圖2.2金剛石壓砧的形狀（a）和臺面設(shè)計（b）（Miletichetal.，2000）Figure2.2(a)Shapeofdiamondanvilsand(b)culetdesigns(Miletichetal.,2000)選用金剛石作為壓砧，是因為它具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，比如對各種波段的光都有良好透過性，可以在顯微鏡下直接觀察，更可以結(jié)合多種光譜分析測試手段。金剛石作為天然存在的最硬的物質(zhì)，高硬度是一種用于高壓研究的重要特性。此外，它還具有良好熱導(dǎo)率和低膨脹系數(shù)等特征。對于金剛石本身而言，根據(jù)晶體內(nèi)部含氮情況分類可以分為I型和II型，根據(jù)實驗需求和研究內(nèi)容往往選擇不同的類型（劉云貴等，2019）。例如光散射研究（拉曼光譜）中通常需要選擇低熒光金剛石，以獲得較強(qiáng)的信噪比，而熒光對于X射線衍射實驗研究沒有太大阻
含銅礦物（CuFeO2,CuFeS2,CuS2,CuS）高溫高壓結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性研究10阻絲外加溫實驗中使用的SrB4O7:Sm2+利用分析純試劑SrCO3和Sm2O3粉末，加入硼酸H3BO3在空氣中經(jīng)高溫固固反應(yīng)得到。圖2.3（b）給出了它常溫常壓拉曼光譜測試結(jié)果，該壓標(biāo)在高溫高壓下的拉曼光譜仍然可以保持如同常溫常壓下的尖銳峰形和高強(qiáng)度分辨，作為高溫高壓實驗中紅寶石壓標(biāo)的替代品非常有效。圖2.3常溫常壓下Ruby和SrB4O7:Sm2+壓標(biāo)的熒光光譜Figure2.3ThefluorescencespectrumofRubyandSrB4O7:Sm2+calibrantatambienttemperatureandpressure狀態(tài)方程壓力標(biāo)定方法也叫內(nèi)標(biāo)法，它利用壓力標(biāo)定物質(zhì)（如Pt,Au,Ag,NaCl,KCl）的已知狀態(tài)方程來測定實驗壓力，這些標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的狀態(tài)方程通常是在沖擊波實驗中得到的（Holmesetal.，1989）。實驗中需要將一定量的壓力標(biāo)定物質(zhì)和樣品均勻混合后一同放入樣品腔，通過X射線衍射獲得標(biāo)定物質(zhì)的晶格常數(shù)，然后根據(jù)P-V-T關(guān)系求得當(dāng)前的壓力。由于在測試樣品信號時可同步獲得原位實驗壓力，測壓比較準(zhǔn)確簡便。但內(nèi)標(biāo)法通常需要借助同步輻射裝置開展X射線衍射來測定晶格常數(shù)，較大限制了它在日常實驗中的大量使用。此外，加入的標(biāo)定物質(zhì)需要結(jié)構(gòu)簡單，盡量減少壓標(biāo)的衍射峰對樣品信號的干擾。而且，壓標(biāo)需要化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能與樣品反應(yīng)或者影響實驗結(jié)果。實驗中通常需要提前對樣品做預(yù)測分析來選擇合適的標(biāo)定物質(zhì)。礦物相變測壓是利用已知相變壓力與溫度關(guān)系的礦物來測量壓力的。當(dāng)?shù)V物開始發(fā)生相變時，當(dāng)前實驗壓力就是該礦物的相變壓力。常見的是利用NaCl在約30GPa左右發(fā)生的B1相與B2相之間的轉(zhuǎn)變，當(dāng)實驗觀察到NaCl發(fā)生相變時，腔內(nèi)壓力約為30GPa。由于礦物相變往往有滯后效應(yīng)，這種測壓方法不夠準(zhǔn)
本文編號：3243877
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