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初识可燃冰5.--- 微观形貌的观察方法 精选

已有 4245 次阅读 2022-7-15 15:37 |个人分类:可燃冰科普|系统分类:科普集锦

                                                                   作者:陈强

海洋环境中,很大一部分可燃冰是分散在泥砂沉积物中的,成孔隙充填状。甚至还有一部分可燃冰晶体颗粒小到肉眼无法区分。全面的了解可燃冰在自然界中的分布特征只能借助于现代化的分析测试仪器了。下面我们会提到一些设备,有些大家耳熟能详,甚至在医院或者其他地方经常听到,有些可能比较陌生。需要说明一点,很多观测技术原理上是没有太多变化,但观测可燃冰必须人工维持高压、低温的测试环境,这从某种意义上来说,比观测本身更复杂。好了,闲话不多说,我们直奔主题。

首先是低温扫描电镜(SEM),它可以观察到微观世界里可燃冰和其所依附的沉积物的表面形态。该技术利用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像,可以获得放大倍数特别多的显微图像,测试人员将可燃冰放大2500倍以后,可以看到其表面上纳米级的微小孔隙结构。此外,借助扫描电镜配备的能谱分析装置,还可以分辨一些物质成分。

第二种检测手段是激光拉曼光谱(Raman),这也是一种无损监测技术,每种分子都具有特征光谱,通过测量分子内原子间化学键振动频率的变化,就可以判别晶体的结构。由于激光聚焦到可燃冰上的光斑直径仅为1~2微米,所以可以发现肉眼不可见的可燃冰。与扫描电镜相比,它的特长是区别同为可燃冰但晶体结构不一样的构造种类。

与此功能类似的,能够对物质成分和晶体结构进行区分的技术还有固体核磁共振(NMR)和X射线衍射(XRD)等。核磁技术还有成像功能(MRI),利用氢质子核在主磁场中收到射频脉冲激发后产生的核磁共振进行成像,可以探测液态氢但对固体水合物里的氢不响应,借助这一信号变化特点,就可以获得可燃冰形成和分解的相变过程图像。

第三种重要的手段是X射线CT扫描,它是目前能够穿透水合物岩心,获得三维空间分布的最有效技术。沉积物、气体、可燃冰和水这些物质对X射线的吸收系数不同,因此产生了CT图像的灰度差异。通过计算机对这些灰度图像进行处理和重建,就能够获得三维图像。

随着研究人员对可燃冰的分析程度加深,不同的研究目的需求不一,对新的测试技术和实验方法的需求越来越强烈强烈。这里举出的是一些应用较为成熟,代表性强的方法,未来一定有更多针对可燃冰专用的分析测试技术不断涌现。

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