纳—微米低维度生长黄铁矿的微观组织结构研究

论文摘要

黄铁矿（FeS2）是自然界广泛存在的一种硫化物矿物,常见完好晶形为立方体{100}、五角十二面体{210}、八面体{111},还可形成它们的聚形。在黄铁矿结晶生长实验中发现,在一定的物理化学条件下,等轴晶系的黄铁矿具有晶须、板、片状等晶体形貌出现,这是黄铁矿纳-微米低维度生长的具体表现。晶体形貌的多样性与晶体生长机制间的关系尚不明确,难以实现可控制备纳-微米黄铁矿晶体。因此,需要对纳-微米低维度生长的黄铁矿进行微观组织结构研究,获得晶体结晶习性,为黄铁矿纳米材料在制备中实现晶体形貌调制提供实测数据支持和理论依据。为了查明板状、片状、晶须状、线状黄铁矿的结晶习性和生长条件间的关系,本文运用SSX-550型号的扫描电子显微镜（SEM）进行形貌观察,用PW3040/60型号的多晶X射线衍射仪（XRD）分析了样品的物相结构。在此基础上,利用TECNAIG220型号的透射电子显微镜（TEM）,系统观测了纳-微米低维度生长黄铁矿晶体的微观组织结构。观测发现耿庄天然晶须样品存在白铁矿和黄铁矿两种物质,不规则形状的晶须主要为白铁矿,而大量平直、光滑的晶须为黄铁矿单晶：黄铁矿晶体的晶胞参数：立方晶系a=b=c=0.54176nm, a=β=f=90°空间群为Pa3。人工合成的黄铁矿以四边形板、片状为主,也有少量的六边、线晶和其它一些聚形,晶体生长完好,未见缺陷；多数正方形黄铁矿生长晶面为（001）,个别正方形黄铁矿的生长晶面为（101）,长方形黄铁矿的生长晶面为（001）,长轴生长方向为<001>；黄铁矿结晶生长方式,既有单晶沿{001}面的扩展长大,也有多晶聚合生长而成。结合晶体生长理论,讨论了黄铁矿晶体的结晶生长过程。认为在黄铁矿晶体生长过程中,表面能大的{210}、{230}、{111}晶面面间距相对较小,生长速度快,而表面能小的{100}、{101}晶面面间距大,生长速度相对较慢,晶体的最终形貌由生长速度慢的晶面包围。板、片状黄铁矿是在相对低温条件下,纳米粒子选择{001}面,沿<001>方向快速生长的结果,板、片状晶体形貌是黄铁矿晶体生长的一个中间过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 黄铁矿与白铁矿
• 1.2 黄铁矿微观组织结构研究现状
• 1.3 本文研究内容、目的及意义
• 第2章 测试手段
• 2.1 测试手段选择
• 2.2 透射电子显微镜
• 2.2.1 透射电子显微镜的基本用途
• 2.2.2 透射电子显微镜的工作原理
• 2.2.3 透射电子显微镜的构造
• 2.3 透射电子显微镜样品的制备方法
• 2.3.1 粉末样品制备
• 2.3.2 矿物样品制备
• 2.4 电子衍射花样分析
• 2.4.1 单晶电子衍射花样分析
• 2.4.2 多晶电子衍射花样分析
• 第3章 天然纳-微米黄体矿微观组织结构观测
• 3.1 样品特征描述
• 3.2 透射电镜样品制备
• 3.3 透射电镜观测结果分析
• 第4章 人工合成纳-微米黄体矿微观组织结构观测
• 4.1 热流化法合成纳-微米黄体矿微观组织结构的观测
• 4.1.1 样品SEM、XRD观测结果
• 4.1.2 透射电镜样品制备
• 4.1.3 透射电镜观测结果
• 4.1.4 透射电镜观测结果分析
• 4.2 水热法合成纳-微米黄体矿微观组织结构的观测
• 4.2.1 样品SEM、XRD观测结果
• 4.2.2 透射电镜样品制备及样品特征
• 4.2.3 正方形样品观测结果
• 4.2.4 长方形样品观测结果
• 4.2.5 六边形样品观测结果
• 4.2.6 线晶样品观测结果
• 4.2.7 不规则形状样品观测结果
• 4.2.8 多晶样品观测结果
• 第5章 纳-微米低维度生长黄铁矿优先生长取向机制讨论
• 5.1 晶体生长理论
• 5.1.1 晶体简介
• 5.1.2 晶体生长基本过程
• 5.2 晶体平衡形态理论
• 5.2.1 布拉维法则（Law of Bravais）
• 5.2.2 居里-伍尔夫原理
• 5.3 界面生长理论
• 5.3.1 完整光滑界面模型
• 5.3.2 扩散控制机理
• 5.3.3 科塞尔-斯特兰斯基理论
• 5.4 周期键链（PBC）理论
• 5.5 负离子配位多面体模型
• 5.6 黄铁矿的结晶习性
• 5.6.1 离子生长机制
• 5.6.2 分子生长机制
• 5.6.3 黄铁矿优先生长面、生长方向
• 5.6.3.1 单晶生长机制
• 5.6.3.2 多晶生长机制
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢