α-石英—石墨的纳米非晶和中间亚稳相的制备及其高压合成和相变的研究

论文摘要

石英、柯石英、斯石英、金刚石等是作为地质学的重要压力标志矿物,研究这些超高压变质岩,对于了解陆-陆碰撞造山作用的深度广度、超高压变质岩的形成过程、地球板块折返机制、成矿环境条件、造山带的压力深度分布以及地幔物质构成等都具有重要的意义。长期以来,人们一直把柯石英的研究看作是认识地球的“窗口”。本文根据该集体提出的一种利用高能机械球磨与静高压相结合模拟地表柯石英合成的实验室方法,开展了许多高压模拟合成柯石英、斯石英、金刚石方面的研究,此项工作尚无报导。本文利用高能机械球磨的手段,具体研究了α-石英、石墨、α-石英和石墨混合粉末的非晶化过程,并通过XRD、Raman谱分析,发现了α-石英非晶体化过程中出现的一个中间亚稳相,指认该亚稳相是鳞石英,是鳞石英一种新的形成机制,并研究了亚稳相的稳定性。采用高温高压合成技术研究了α-石英中间亚稳相、非晶α-石英、非晶石墨、掺碳α-石英纳米级非晶的高温高压合成产物,此方法合成的柯石英的Raman谱,涵盖了以前得到天然柯石英和人工合成柯石英的Raman谱全部信息;发现了短时间快速合成柯石英现象,阐明了此方法合成柯石英在地球科学研究上的含义,支持了另一种可能的地表柯石英形成机制;指出掺石墨和纳米级非晶对合成柯石英的作用;研究了α-石英亚稳相在高温高压下合成柯石英、斯石英的最低温压条件;阐明了高温高压合成柯石英、斯石英、金刚石的实验室方法在地球科学研究中的重要意义。

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 地球的内部结构、主要物理性质及矿物
• 1.1.1 地球的内部结构
• 1.1.2 地球内部的主要物理性质
• 1.1.3 地球中的矿物
• 1.2 高温高压实验技术在地球科学中的应用
• 1.3 纳米材料研究简介
• 1.3.1 纳米材料的基本性质
• 1.3.2 纳米材料的制备方法
• 1.3.3 地球科学中的纳米级矿物
• 1.4 材料的亚稳态
• 1.5 非晶态材料
• 1.5.1 非晶态的形成
• 1.5.2 非晶态的结构
• 1.5.3 非晶合金的性能
• 1.6 选题的意义和主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验方法与测试手段
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 高能机械球磨实验法
• 2.1.1.1 实验装置及实验方法
• 2.1.1.2 高能机械球磨法在地球科学研究中的作用
• 2.1.2 高温高压实验法
• 2.1.2.1 实验装置及实验方法
• 2.1.2.2 压力和温度的定标
• 2.2 测试手段
• 2.2.1 X 射线衍射法（XRD）
• 2.2.2 X 射线光电子能谱（XPS）法
• 2.2.3 傅立叶变换红外光谱（FTIR）法
• 2.2.4 喇曼散射光谱（Raman）法
• 2.2.5 透射电子显微镜（TEM）法
• 2.2.6 差热扫描分析仪（DSC）
• 第三章 高能机械球磨产生的α-石英亚稳态及其高压下相变、稳定性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 实验过程
• 3.3 结果及讨论
• 3.3.1 高能机械样品的 XRD 谱
• 3.3.2 高能机械球磨样品的Raman 谱
• 3.3.3 高能机械球磨样品的粒度分布
• 3.3.4 α-石英亚稳相的高温高压相变的研究
• 3.3.5 α-石英、柯石英的稳定性研究
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 高能机械球磨石墨粉末的表征及其稳定性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 实验过程
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 高能机械球磨样品的 XRD 谱
• 4.3.2 高能机械球磨样品的Raman 谱
• 4.3.3 石墨粉末的变温Raman 谱
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 掺碳α-石英的非晶、纳米非晶的制备及其高温高压成和相变的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂与仪器
• 5.2.2 实验过程
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 高能机械球磨样品的非晶化和纳米化及其表征
• 5.3.1.1 XRD 谱
• 5.3.1.2 TEM 和 XPS 谱
• 5.3.1.3 FTIR 谱
• 5.3.1.4 DSC 分析
• 5.3.2 高温高压合成柯石英的研究
• 5.3.2.1 温度对高温高压合成产物的影响
• 5.3.2.2 压力对高温高压合成产物的影响
• 5.3.2.3 晶粒尺寸对高温高压合成产物的影响
• 5.3.2.4 合成时间对高温高压合成产物的影响
• 5.3.2.5 掺碳对合成柯石英的影响
• 5.3.2.6 杂质元素对合成柯石英的影响
• 5.3.2.7 Raman 谱
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 攻读博士期间发表论文和获奖情况
• 作者简历
• 致谢
• 论文摘要（中文）
• 论文摘要（英文）