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如何测矿物的结构 精选

已有 4148 次阅读 2022-3-8 15:46 |系统分类:科普集锦

专家走进孙老师的课堂

 

视频信息:https://b23.tv/8igwf2U

 

2022-03-07

程哲整理

专家信息:

中国地质大学(北京)副教授

研究方向:

矿物物理、结晶学矿物学、成因矿物学、高压矿物物理

教育经历:

中国地质大学(北京)学士

日本北海道大学 硕士、博士

研究项目:

1.高温高压条件下绿帘石族矿物脱水的微观机制与过程;

2.“碳--稀土”组合深循环可能途径:羟基稀土碳酸盐高压实验模拟研究。

孙老师:

我们今天请到的专家是中国地质大学(北京)的副教授李林,想请他讲讲我们所看到的三方、斜方晶系,对于矿物来说我们怎么去测量,是肉眼观察吗,我们请李老师为我们讲解一下。

李老师,您好!

李老师:

您好!刚才我听到了您的问题,我们主要是依靠四圆的X射线衍射仪,从它的每一个方向上,照到每一个结构的阵列面上,是把一大堆的平行格子的类似影子的东西拍到CCD上,然后通过一系列的转换和归一化处理,用服务器把所有照出来的相当于影子的东西最终归化成一个数据阵列。这个数据阵列的本身是包含hkl和那个点的强度和背景的比值。有了这些数据之后,可以把它放到软件里面进行逆傅立叶转换。这个实际格子和逆格子的转换是一个傅立叶转换的过程。照出来的东西相当于是逆格子里的东西,咱们需要做一次傅立叶转换就可以推测到一系列的点,是由哪些结构的东西组成的。这就是一个解结构的过程。刚开始说到的三方晶系、斜方晶系最初的那些外部对称需要去对刚才咱们做出来的影子一样的东西做一个相当于指标化的东西,就可以得到它的外部对称。前面咱们说的进行逆傅立叶的转化就变成了一个解结构的过程。

孙老师:

好的,那李老师我们在课上也学了单形、聚形,那真实的矿物是单形多还是聚形多?

李老师:

其实,咱们自己可以猜到。单形是一个比较理想的状态。聚形通常会在原来变化的外部环境下会有一些其他的单形组成聚形。那么单形出现的概率通常来说比聚形少。但是这要根据晶体生长的条件来判断。如果晶体生长的条件合适的话,就会生长成单形。条件合适单形出现的概率会比聚形多,通常来说,因为自然条件不断变化,所以晶体会根据浓度、温度、压力一些去变化,自然就会导致聚形的要比单形的多一些。

孙老师:

好的,那就是我们测出来的这些结构有什么作用呢?

李老师:

最基础的一些用处就是从最初的cif文件里面得到最基础的晶胞参数,如a、b、c,α、β、γ,还有晶胞体积,这是一些非常基础的应用。还有一些用咱们得出的cif文件里面有热震动参数、键长键角的参数,还有相当于多面体的情况。咱们可以把得到的cif文件录入到分析晶体结构的软件,例如Diamond、Vesta,这些输入进去后会的出来一系列的对应的信息。可以通过cif文件进行下一步的理论计算。比如会用到Material Studio或者第一原理计算用到的Vesta,里面都需要最基础的结构模型。如果没有结构模型第一步的晶格优化就无法做到。通过这些物理计算就可以得到更深层次的东西,比如声子谱、判断稳定性、一些Bandgap,环带结构,就可以知道是导体还是绝缘体,在什么情况下能变成导体,它的一些性质,还有物理学性质,都是可以通过这些最初的模型算出来。没有最初的结构模型是算不出来的。比如从American Mineralogist Database里面下载一个cif文件,自己解出的cif文件和下载的文件其实是完全不一样的。当你打开它的时候就会知道其中缺少了很多必要的信息。如果把下载的cif文件用于计算,就会在莫名其妙的地方卡住。所以结构信息是非常重要的,可以说是一个物质的物理学信息的第一步,有了第一步才会有后面的无数步。如果第一步没有的话后面就无法进行。

孙老师:

好的,谢谢李老师。那么看来结晶体的结构在地质学上有非常重要的作用,在材料学上和物理学上可能都发挥着非常重要的作用。

谢谢李老师今天走进我们的课堂,我们下次再见!

李老师:

不客气,各位同学,再见!




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