sem基团

1、水热蚀变

腾冲水热活动分布地区，都有水热蚀变矿物的出现，尤其是在热沸泉出露较多的地段更为特征。热海热田区内出露的碱长石花岗岩、玄武岩类，以及沉积岩类，岩石矿物种类繁多，在强烈水热流体活动作用下，水热蚀变矿物纷呈多彩，是研究现代水热活动过程的典型区域。

本节侧重论述热海热田区的水热蚀变研究成果，并讨论在朗浦寨热水塘地段、瑞滇热田、石墙热田、巴腊掌热田等区的工作。在上述热田区内除进行地质剖面研究外，并采集60多件水热蚀变样品，在室内通过X射线衍射（XRD）、红外吸收光谱（IR）、透射电镜分析（SEM）、热分析（DTA、TG）以及化学分析等方法，进行了矿物学研究。

一、水热蚀变矿物

在本区水热活动的分布区，通过上述方法已确定的矿物种类和矿物有；氧化硅矿物：非晶质二氧化硅（本节以下均称为硅胶）、玉髓、蛋白石、方英石、石英；硫酸盐矿物：明矾石、铁明矾、黄钾铁矾、毛矾石、无水芒硝、斜钠明矾；碳酸盐矿物：方解石、文石、天然碱；卤化物矿物：石盐；粘土矿物：高岭石、迪开石、埃洛石、绢云母、蒙脱石、绿泥石、云母—蒙皂石不规则间层矿物；硫化物：黄铁矿、白铁矿；自然硫。

此外，前人在眼镜泉中发现有沥青铀矿、铀石、黄铜矿、辉银矿、赤铁矿；在攀枝花硝塘热泉发现方沸石、菱沸石等矿物。对腾冲地区的水热蚀变矿物，择要论述如下：

硅胶

硅胶为非晶质二氧化硅。在透射电镜和扫描电镜下呈浑圆球体或串珠状连生体，球粒直径变化范围为0.18～2μm，一般为1μm左右。老硅华中的硅胶多半已向形态不规则的玉髓和石英转变。硅胶的X射线衍射谱为一连续的弥散谱线（图4-2-A），硫磺塘老滚锅老硅华中叠加有少量石英的反射（图4-2-B）。红外吸收谱图上出现1099、795和473cm-1四次配位硅的典型特征谱带以及947cm-1的弱谱带。3450cm-1的宽吸收谱带由水的OH伸缩振动引起（图4-3）。另外，硫磺塘老滚锅的硅华在800cm-1处呈弱分裂的谱带，是玉髓的吸收特征，这是硅胶或蛋白石向玉髓转变的一个证据（图4-2-B）。

本区现代热泉沉淀的微米级大小的非晶质状硅胶，是本区热泉系统新硅华的主要组成矿物。硫磺塘大滚锅热泉正日夜不停地沉淀出硅胶球粒。硅胶失水老化而向蛋白石转变。蛋白石是准稳定物质，其出现意味着流体温度要比形成玉髓或石英的低，随着时间的推移，而转变为隐晶质的玉髓。因此，本区时代略老的老硅华，其矿物组分除硅胶以外，较多出现玉髓和石英（参见图4-2-B）。

水热流体中的SiO2，由非晶质的凝胶，脱水、缩小体积，逐渐晶化为显晶质石英的转化系列可概括为以下过程：

中国地球化学场及其与成矿关系

图4-2 硅华的X射线衍射图

A—硅胶，硫磺塘，样品号D-173；B—硅胶+石英等，硫磺塘老滚锅，样品号D-162；C—蛋白石+石英等，鼓鸣泉，样品号D-194；D—石英，眼镜泉，样品号D-193测试条件：CuKα辐射，电压30世纪，电流30mA

测试单位：天津地质矿产研究所

腾冲地区的硅胶矿物，以在硅质泉华中出现最多，在热海热田内的蚀变碱长花岗岩、水热爆炸角砾岩的胶结物中也有所发现。

α方英石

为标准的高温相矿物，发现于硫磺塘地段的蚀变碱长花岗岩岩石中。在X射线衍射图中，以4.07，2.46Å等特征反射，与共生的钾明矾石、高岭石、硅胶和石英相区别。

高岭石

高岭石是花岗岩遭受水热蚀变高岭石化阶段的产物，在近地表的浅成低温强酸性淋滤环境条件下形成。热海热田区内的高岭石，为我国迄今发现的有序度最高的高岭石，其结晶度指数Hc=1.67，主要化学成分与SiO2/Al2O3摩尔比，均与高岭石矿物理论值相近。

高岭石为1：1型二八面体层状硅酸盐矿物。其结构有序程度变化很大，从高度有序向无序高岭石的转变，主要是延b轴方向出现±nb/3（n≠3）的晶层位移。矿物由三斜晶系的1Tc型变为单斜晶系的1Md型。

图4-3 硅华的红外吸收光谱图

（样品号同图4-2）

测试单位：石油勘探开发研究院

目前主要使用X射线衍射（XRD）、红外吸收光谱（IR）、透射电镜（TEM）等方法定性判断高岭石的有序度。定量估计的方法很多，但至今尚沿用Hinckley（1963）提出的方法，称Hinckley结晶度指数（以下用Hc表示）。它实际上表征XRD图上靠近的021、111衍射峰之清晰度及其强度比值。结晶度指数愈大，表明有序度愈高。我国自20世纪80年代以来，已发现江苏苏州阳山、广东茂名和河北宣化沙岭子等高岭土矿床中的高岭石（Hc分别为1.10；1.3～1.4和1.40）以及陕西略阳白水江硬质粘土中的高岭石（Hc为1.35）的有序度均较高。

作者对高岭石矿物进行了XRD、IR和TEM等项测试研究。高岭石化花岗岩＜2μm粒级的样品在XRD图上出现三斜晶系高岭石的所有反射（图4-4）。衍射峰强、锐而对称。（

）强度大大超过（020）。（

）和（

）双生线已分裂开。计算得出Hc=1.67，大大优于我国迄今发现的上述各产地的有序高岭石，且可与Brindley（1980）报道的美国艾奥瓦州Keokuk晶洞有序高岭石（根据文献XRD图计算，Hc为1.65）相媲美。

图4-4 高岭石的X射线衍射图

测试条件：CuKα辐射；35kV，30mA；扫描速度4°（2θ）/min

测试单位：天津地质矿产研究所

图4-5 高岭石的红外吸收光谱图

测试单位：石油勘探开发研究院

在红外吸收光谱图（图4-5）上，各吸收峰强度大，分裂好。属于羟基伸缩振动的高频区（4000～3000cm-1），出现四个分裂清晰的吸收峰，显示出有序高岭石的特征。因样品中微量绢云母的存在，使3696cm-1峰强度与3620cm-1峰强度的比值受到影响。属于Si-O伸缩振动的中频区（1200～1000cm-1）有四个尖锐的吸收峰。在透射电镜下，高岭石晶体呈现发育完善的自形成度高的假六方（板）片状，晶体大小和晶体厚度都较均匀，粒度大多小于2μm。因此，红外吸收特点和结晶形貌分析也都表明矿物具有高度有序。此外，在该区断裂带外围、瑞滇热田等水热区也发现有一般有序或较无序的高岭石，多与伊利石、蒙脱石或绿泥石等粘土矿物共生。

迪开石

为高温地热环境出现的强水解型蚀变矿物，具有六方叠层状自形晶的特点。在热海热田区域，常与有序高岭石或伊利石—蒙皂石间层矿物共生。X射线衍射谱图上2θ19°～35°间展现迪开石的特征反射：3.97，3.80，3.43Å以及3.09、293Å等。红外吸收谱上，以高频区强度依次递增的3696，3652和3620cm-1附近的三个特征吸收峰与高岭石相区别。

埃洛石

腾冲水热活动区内，已发现的埃洛石，以7Å型最为广泛，次为10Å型和7Å～10Å的过渡型。全部由7Å埃洛石组成的粘土，在本区玄武岩、安山岩＜2μm粒级的风化产物中发育。白色粘土细脉＜2μm粒级中有10Å和7Å两种水化型埃洛石的出现，由于10Å埃洛石层间水的脱失，在衍射图上出现了7Å埃洛石的较强底面反射001（7.30Å）。10Å埃洛石多呈短细管状晶形，长一般＜1μm，管径约0.06～0.02μm，管体多已展开或破裂形若长条状，紧密丛生聚集时呈现绒球状集合体。由衍射谱图及电镜可观察到10Å管状埃洛石➝7Å破裂的管状埃洛石➝六边形鳞片状高岭石（无序）➝厚板状高岭石（有序）的转化系列。

绢云母

水热活动区内绢云母，有1M多型、2M1多型和2M1+1M混合型。X衍射研究表明，区内存在两种矿物相：一为双层较有序的单斜相绢云母（白云母），在区内较为发育，为特征水热蚀变矿物之一；另一类为单层较无序的单斜相伊利石（水白云母），其多以混入物形式出现，水热条件下，局部蒙脱石化，并可向伊利石—蒙皂石间层矿物过渡。

硫磺塘地段的蚀变岩石中，绢云母呈结晶良好的板条状自形晶出现，时与不规则薄片状绢云母共生。板条状绢云母晶体的自晶生长，基本上取［110］、

和［100］方向而定向。

I/S间层粘土矿物

间层粘土矿物，是指由几种不同的层状硅酸盐单元晶层，以不同比例、不同交替顺序，沿C轴平行叠置组成的特殊结构类型的粘土矿物。依其叠置的规则程度，可分为规则、不规则和具有分凝作用的三类。

表征伊利石—蒙皂石间层矿物特征因素，主要为间层比和有序度两个方面。前者指I/S间层矿物中可膨胀的蒙皂石晶层的百分含量；后者为矿物主要化学组分与理论值的差异状况。

伊利石—蒙皂石间层矿物的间层比，是矿物种类、水热流体性质与活动强度诸因素的变化函数。Inoue等（1987）的研究指出，间层比＞50%的多为无序间层；＜50%的多为有序间层。

伊利石—蒙皂石间层矿物，在腾冲水热活动区内分布广泛，在热海热田澡塘河地段特别发育，常与高岭石、石英、明矾石一起构成典型的矿物共生组合。通过X射线衍射和分析电子显微术研究，区内硫磺塘、澡塘河地段的I/S间层矿物多为不规则类型，其间层比S=28%～32%，属于有序间层，这类间层比的I/S间层矿物，是伊利石向蒙皂石转变初期的有序化间层，仅含少量的膨胀晶层，矿物外貌基本上保持了伊利石的形态特点，透射电镜下呈现不规则片状和轻微的卷曲。随着间层比的增加，I/S不规则间层的无序性增加，矿物颗粒边缘模糊、卷曲、厚度减薄，而向蒙皂石转化。

X射线能谱分析表明，I/S间层矿物主要化学成分为Si、Al、K，含少量Mg、Fe。SiO2/Al2O3克分子比值略高于白云母的2，但低于蒙脱石的4。

蒙脱石

水热活动区内的蒙脱石，常以混入物的形式分布于蚀变花岗岩类的水热蚀变矿物中，并与高岭石、绢云母、石英、绿泥石共生。其产出一般远离水热活动强烈地带，为中性至弱碱性介质环境中的蚀变产物。

斜钠明矾

斜钠明矾属于含水无附加阴离子的硫酸盐类矿物。自然界中少见，但腾冲地热区澡塘河沿岸现代泉华和龙陵县巴腊掌温泉泉华中多有发现。

无色或浅灰白色，半透明，细粒土状集合体。易溶于水，味微涩。在扫描电镜下可观察到结晶完善的长柱状和薄板状晶体，后者直径约0.1～2μm不等。因此，由矿物结晶外貌可反映出结构（NaO6）八面体和（SO4）四面体形成的平行C轴的链状结构之特点。红外吸收谱图上1093和1148cm-1强的吸收谱带归属于SO4基团的S—O伸缩振动，较弱的606cm-1吸收带为S—O弯曲振动引起。

黄钾铁矾

泉华中黄钾铁矾多半与高岭石、蒙脱石共生。纯矿物产出者少见。主要通过分析电子显微术（AEM）和X 射线衍射技术发现。透射电镜下，黄钾铁矾晶体细小，呈直径仅0.7μm的假立方体状。其元素分析值与矿物理论化学组成基本吻合，并含有其它元素杂质。X射线衍射分析，以其5.95、5.75、3.11、3.08Å等特征反射与伴生的粘土矿物相区别。在红外吸收谱图上，由叠加在高岭石谱图上但属于SO4基团振动引起的1087，697和634cm-1吸收谱带，属于黄钾铁矾的吸收，而且也具有与高岭石共有的反映OH基团伸振缩动引起的3385cm-1吸收谱带。

铁明矾

与斜钠明矾同属于含水、无附加阴离子的硫酸盐类矿物。以纯矿物产于热泉附近沉淀物中。肉眼可见矿物晶体呈细长针状，集合体呈毛发状或纤维状。浅黄褐色，半透明。易溶于水，久置室内潮解，味略苦。扫描电镜下结晶良好，呈细小柱状、棒状。红外吸收谱图上除了1106和1065cm-1二个分裂最强的吸收带、698和595cm-1两个中强吸收带以外，还有由H2O引起的3387cm-1宽大的吸收带。

毛矾石

白色，粉末状，集合体为板状，半透明。易溶于水。单矿物晶体呈柱状、纤维状或板片状。纤维状单晶的X射线能谱分析表明矿物主要由Al、S组成，Fe3+部分代替Al3+，毛矾石主要特征反射为13.58Å、4.50Å、4.40Å、3.97Å、3.67Å等。毛矾石在硫磺塘、瑞滇等水热区广泛分布，常与氧化硅矿物共生。

天然碱

产于瑞滇等地热田的泉华中。以细长针状集合体被膜状盐华覆盖于热泉附近岩石表面或以细脉状产于岩石裂隙中，并与少量石盐共生呈集合体。浅黄色，半透明，易溶于水。经X射线衍射分析，天然碱特征的反射层为9.86Å、4.91Å、3.07Å、2.65Å等。红外吸收谱图上1462cm-1和1061cm-1吸收带为CO3基团内C—O伸缩振动引起，而851cm-1和681cm-1吸收带的C—O弯曲振动引起。

石盐

在本地区分布较少，主要发现于热海热田仙人澡塘及龙陵县巴腊掌等地现代热泉盐华中。纯矿物产出者少见，多半与盐华中无水芒硝和斜钠明矾共生。在瑞滇热田发现石盐与碳酸盐矿物、天然碱共生的现象。石盐主要是根据X射线衍射谱图上3.26Å、2.82Å和1.99Å等特征反射确定的。

α—自然硫

分布于热海、瑞滇、巴腊掌、攀枝花硝塘、朗浦热水塘等热田的热沸泉、喷气地面发育地段。多以被膜状出现于气液喷溢口四周孔壁或岩石裂隙周围，局部地段形成硫华矿石，硫磺塘即以此得名。

方解石和文石

主要分布于龙江口、槟榔江水热活动带中的中低温水热活动区内。在大盈江水热活动带多见于较老水热活动时期形成的钙华中，现今强烈活动的水热流体的蚀变矿物中也有所见，但不构成蚀变矿物的主体。对方解石、文石的物性结构不再赘述。仅予说明的是，水热活动区内方解石的X射线能谱分析，反映了方解石矿物中常有Mn、Fe、Mg、Si等元素的混入物。

二、水热蚀变作用与分带

腾冲水热活动区内的蚀变作用，受控于断裂系统的性质及活动强度，受控于水热流体的温度、压力、化学成分、pH值，和碳、硫、氧、氢逸度等众多因素的变化，以及水热流体幕式周期活动的影响。作为水-岩反应的载体围岩，自然也因岩石的矿物组成不同，构成不同蚀变矿物的组合与发育程度的差异。

由前述区内钻孔测温数据可知，在热田的浅表40m以内的变温层内，地温多在18～27℃区间，在局部地段（如澡塘河的仙人澡塘至蛤蟆嘴泉区间）地下浅表水温高达150℃。朗浦热水塘深钻201孔，在深度200m时地温为122℃；其他地段同等深度的地温变化在25～70℃的范围，可见区内地温变化因地而异，变化较大。作者对区内新、老硅华样品的二氧化硅矿物以及花岗岩体中的石英脉体包裹体测温表明，区内新硅华包体的均一温度平均值为200℃，老硅华的均一温度为270℃，形成时的压力为30×105Pa，钙华包体的均一温度为157℃；蚀变花岗岩体中的石英脉体包体均一温度为300℃，形成时的压力约80×105Pa。考虑到热海热田新、老硅华的爆裂温度均值大体在280℃，以及老硅华包体的均一温度270℃，推断本区地下热储温度为270℃，与一些学者依据化学元素温标计算推论的热储温度相近。据此可以认为，热海地区现代水热流体的活动主要在地面浅表200m以浅的空间。考虑到本区第四系地层由于新构造活动的抬升高度，以及本区最老硅华形成时间＞35×104a，本区较老时期的水热活动应为地表以浅300m左右的空间。也即，本区水热流体的沸腾面深度，现今在地表以浅的200m深度以内，较老时期的水热流体沸腾面在地表300m以浅的深度。

腾冲水热流体的活动区域，所形成的诸多蚀变矿物组合，具有典型浅成低温热液作用的特征。区内硅华及蚀变花岗岩中，虽曾出现冰长石、叶蜡石、迪开石等较高温相的矿物，但数量偏小，分布也仅局限于高温沸泉的周围。本区特征的方英石+钠明矾石+高岭石矿物组合，是区内水热流体因沸腾而致的酸性淋滤作用的代表性产物。由于本区多期次的水热活动，强烈的酸淋作用，高岭石化范围广、强度大，并形成结晶度指数最高可达1.67的典型热液作用高岭石矿物，甚至形成纯净高岭石矿床，而远离强烈水热活动作用的地段，高岭石的有序度降低，并多与伊利石、蒙皂石共生。在水热流体呈现弱酸—弱碱性的介质环境中，则形成绢云母化、伊利石—蒙皂石间层矿物化、泥化（蒙脱石、绿泥石）的矿物组合。当水热流体的周期性活动处于衰减，又有大量Ca质组分供给的条件时，则出现碳酸盐化，于泉口周围形成钙华，在围岩中呈现方解石交代或以脉体形式充填。

水热活动区内的蚀变类型，主要有：

硅化

以出露于高温或热沸泉口周围的硅华、硅质层为特征。在热海热田内的分布，以SN向断裂带中最为发育。热沸泉水中的Si元素具有甚高的丰度，来源于深部水热流体对围岩的交代作用，SiO2在水热流体中以微米级球状硅胶的形式运移，出露于热沸泉的硅华及受蚀变作用的碱长花岗岩、水热爆炸角砾岩的胶结物中，经脱水作用可逐步向蛋白石、玉髓转变，最终形成显晶质石英。区内硅化作用形成的矿物为硅胶、蛋白石、玉髓、α石英、方英石等。硅华在水热活动作用过程中，并能呈现水热流体喷溢孔道的自封闭作用，从而导致沸腾-爆裂过程的不断发生和SiO2凝胶所携带的Au的沉淀。

明矾石化

明矾石为典型的热液蚀变矿物。区内的明矾石化，表明水热流体具有高硫逸度和强酸性（pH＞3.5）环境，流体中的H2S与H2O所形成的H2SO4，对碱长花岗岩中的碱性长石、钾云母的化学作用，产生明矾石和石英。其分布主要见于热沸泉口周围和H2S气体的喷气地面，毛矾石、铁明矾、斜钠明矾、黄钾铁矾、无水芒硝等矾类矿物也常与之相伴。

高岭石化

水热活动区内高岭石化至为普遍，为强烈酸性淋滤作用所形成。在水热活动强烈地带，形成结晶度指数很高的1TC型有序板状高岭石，在远离水热活动强烈的地段，其有序度降低。一般有序和较无序的高岭石，限于分布在断裂带外围和较低温区。水热流体中K+/H+比值越低，越有利于钾长石的高岭石化，区内水热流体的H2S与碱长花岗岩中的钾长石的背景，无疑是热海热田区内普遍高岭石化，以至在沙坡形成高岭石矿体的良好环境条件。在水热活动强烈地段，曾见有迪开石、叶蜡石等典型水热蚀变矿物，但分布局限。

绢云母化

水热活动区内的绢云母，属于二八面体细粒白云母类型，大多具有较低温的1M多型或较高温的2M多型特征，以此可与风化作用形成的伊利石相区别。区内绢云母化，反映中低温热液蚀变作用和不断降温、降压的反应过程，存在钾长石➝绢云母➝伊利石的蚀变矿物演化系列。黄瓜箐地段，蚀变花岗岩绢云母化强烈，钾长石几乎全部分解为绢云母和石英，并保有板状钾长石的外形，即为佐证。

I/S间层矿物化

本区水热活动区内的伊利石—蒙皂石间层矿物化，反映了弱酸至弱碱的介质环境，其形成经历了2：1型层状硅酸盐结构的相互转化过程。区内持续多期的水热活动，促进了I/S间层矿物的普遍发育。在IS间层矿物中，仍保留有二八面体的结构性质，K+离子数随膨胀层由28%→32%时，相应的由0.46减小到0.21，总层电荷数也随膨胀层的增加而降低。本区I/S间层矿物中，未发现间层比更高的矿物。

泥化

本区泥化，发育在水热活动中心的外围地带，主要矿物为蒙脱石、绿泥石，形成于温度较低的环境，并有I/S间层矿物、碳酸盐矿物与之共生。

以上六种水热蚀变类型，总体上共同构成了浅层低温热液相环境条件下的蚀变特征，虽或缺一些蚀变类型，仍可与世界通常所见的火山热液区、热泉型蚀变类型相比较。区内各类蚀变，都表征了其形成的背景条件与形成过程。由于本区水热流体的持续性、周期性活动，尤其是后期水热流体活动的作用，使本区蚀变类型常具彼此叠加的特征。区内的蚀变分带，从蚀变演化过程及特征上，应按上述六类分带，但由于叠加作用及原岩矿物组分的不同，宏观上可归并为以下分带：

硅化、明矾石化带；

高岭石、迪开石化带；

绢云母、伊利石—蒙皂石化带；

蒙脱石、绿泥石泥化带。

2、SEM就可以达到几十nm，那研究超透镜的意义何在

你说的应该是那个诺贝尔化学奖的超分辨荧光显微镜，在远场显微成像范畴，大大超越光学衍射极限，这些显微镜应用都以荧光染色为基础（只有可染色的物质才可以观察，矿物金属啥的是实现不了高分辨的）。 一个是以激光共聚焦显微镜为基础，采用双激光束，确保像素点一部分受激辐射耗尽，无法发光，只有一小部分发光，这样降低了发光像素尺寸，通过逐点扫描可获得纳米尺度级别微小反差；另一个是采用普通显微镜，但染色基团有光开关功能，这样染色是个十分了得的技术问题，而且后期的图像是要经过软件处理才可以提高分辨率。

据说对生命科学，研究活体在分子水平的物理化学反应，意义非常重大。

而扫描电镜电镜需要高真空环境，特殊样品制备后，看的其实是尸体！而不是活体。

你说的超透镜另外一种理解为近场光学的镜头，采用超透镜来放大一个可见光波长范围内的隐失场波动，从而确定超微结构。

总之光学显微镜基本可以保证在大气环境中进行活体检测！

3、什么是纳米乳化技术

微乳（Microemulsion）是一个由油—水—表面活性剂—助表面活性剂组成的，具有热力稳定和各向同性的、清沏的多组分散体系。由于微乳液中分散相质点的半径通常在10～100nm之间，所以，微乳液也称纳米乳液。微乳液的理论、微乳技术和应用在过去的二十多年中得到了迅速的发展，特别是在石油危机的70年代,微乳技术在三次采油中所显示出来的巨大作用使微乳技术与应用迅速成为界面化学的一个十分重要而活跃的分支。90年代以来，除了在三次采油中的获得了更深入、更广泛的应用外，微乳的应用已扩展渗透剂在纳米材料合成、日用化工、精细化工、石油化工、生物技术以及环境科学等领域[3]。

表面活性剂在纳米乳液形成过程中起着决定性的作用。

1 纳米乳液的形成、结构与性质

1.1 纳米乳液的形成与稳定

纳米乳液与普通乳液有相似之处，即均有O/W型和W/O型，但也有两点根本的区别：⑴普通乳液的形成一般需要外界提供能量，如搅拌、超声振荡等处理才能形成；而纳米乳液则是自动形成的，无需外界提供能量；⑵普通乳液是热力学不稳定 体系，存放过程中会发生聚结而最终分离成油、水两相；而纳米乳液是热力学稳定体系，不会发生聚结，即使在超离心作用下出现暂时分层现象，一旦取消离心力场，分层现象即消失，体系又自动恢复到原来的稳定体系。

关于纳米乳液的自发形成，Prince[5]提出了瞬时负界面张力形成机理。该机理认为，油/水界面张力在表面活性剂的存在作用下大大降低，一般为几个mN/m，这样的界面张力只能形成普通乳液。但如果在更好的（表面活性剂和助表面活性剂）作用下，由于产生了混合吸附，界面张力进一步下降至超低水平（10-3-10-5mN/m),甚至产生瞬时负界面张力。由于负界面张力是不能稳定存在的，因此，体系将自发扩张界面，使更多的表面活性剂和助表面活性剂吸附于界面而使其体积浓度降低，直至界面张力恢复至零或微小的正值。这种因瞬时负界面张力而导致的体系界面自发扩张的结果就自动形成纳米乳液。

1.2 纳米乳液的结构类型

（1）纳米乳液的结构

纳米乳液的结构也分为O/W和W/O两个类型。尽管这一结构类型与油/水体积比有关，但它主要取决于界面的优先弯曲。如果界面是刚性的不能弯曲，就不能形成纳米乳液；只有当界面具有柔性可弯曲时，才能形成纳米乳液。如果界面凸向油相，则形成W/O型纳米微乳；若界面凸向水相，则形成O/W型纳米微乳。

（2）纳米乳液的结构理论

纳米乳液结构的理论主要有双重膜理论[5]、几何排列理论[6-7]和R比理论[8]。本文重点介绍双重膜理论。双重膜理论即两相之间的中间相 — 吸附层拥有两个性质不同的界面，它们分别亲水亲油；这个中间相对两侧水和油相的相互作用强度决定了界面的弯曲及方向，因而决定了微乳体系的结构类型。由此可见，研究中间相的组成、结构、性质以及其它组份对中间相的影响是研究表面活性剂纳米级乳化作用的最关键环节。

研究表明，中间相并不完全是表面活性剂，其中有许多油和水的渗入。在研究其它组份对中间相的性质影响时发现，如果W相分子更易渗透溶胀到中间相中去，如同钉进许多楔子一样，就可能使中间层向O相倾斜弯曲，从而形成O/W型结构；如果O相分子更多地楔进了中间相，即可能形成W/O型乳液。

当有低碳醇一般为C4-C8醇存在时，低碳醇非常容易与中间相形成混合膜。在这种混合膜中，醇的存在相当程度地改变了表面活性剂在界面膜中的原有定向吸附；同时，也打乱了相邻水的定向排列[9]，从而使混合膜的柔性大大提高，自乳化更易发生。低碳醇在微乳液形成中，特别是使用离子型表面活性剂时，起着如下三方面的重要作用：① 进一步降低了表面张力；② 增加了界面的柔性，使界面易于弯曲；③ 调节HLB值并导致界面自发弯曲和微乳液的自发形成。通常形成O/W型微乳液所需要的醇/表面活性剂比较低，而形成W/O型微乳液所需的醇/表面活性剂比较高。

由此可见，纳米乳液形成的两个必要条件是：①在油/水界面有大量表面活性剂和助表面活性剂混合物的吸附；②界面具有高度的柔性。

1.3 纳米乳液的性质

随着纳米乳液体系类型的变化，体系的一系列物理化学性质均有显著的变化。例如，纳米乳液体系中共存的各相的体积分数、油和水的增容量、界面张力、电导率、接触角、粘度等均出现有规律的变化[10]。增溶作用和超低界面张力是微乳两个最重要的性质，也正是这两个特性决定了纳米乳液在实际领域中的应用。例如，在三次采油中，要求注入的表面活性剂溶液与原油之间的界面张力达到10-3-10-5mN/m超低水平，并能自发形成纳米乳液以增溶大量的原油达到增产目的。

2 纳米乳液化技术的应用展望

纳米乳液的超低界面张力以及随之产生的超强增溶和乳化作用是纳米乳液应用的重要基础。在过去的十几年中，纳米乳液在三次采油、农药微乳剂、医药微胶囊等领域中的应用迅速兴起。伴随着人们对纳米乳液基础理论愈来愈深入的研究，人们对纳米乳液乳化技术在石油、农药、医药、日化、涂料、皮革、染整及新型有机合成等领域中的应用研究也有了愈来愈广泛、深入和迅速的发展。

2.1 提高原油三次采收率

纳米乳液在工业上最早的应用是在三次采油上，并取得了向井下注入微乳液提高原油采收率的成功。提高原油采收率所用的纳米乳液由表面活性剂、低碳醇、盐水及烃（或不含烃）组成，注液量一般为岩层孔体积的3-20%。注入纳米乳液后，纳米乳液使油藏中残留在岩石孔隙中的原油的表面张力从20-30m/Nm急剧降低到10-3-10-5mN/m，从而使油脉可以从岩孔的窄颈中流出，聚结成油带；在注入水的驱动下油带向产油井移动并被采出。这一过程的实现关键在于微乳液可以使原油/盐水的界面张力降低到10-3-10-4mN/m的超低水平，并使原油在盐水中的增容量达到最大值。

2.2 农药纳米乳剂

农药制剂中大量使用的有毒的有机溶剂已经受到日益严格的限制，甚至部分国家已开始禁用二甲苯，这大大促进了以水部分或全部代替农药乳油中的有机溶剂的农药纳米乳剂的产生和迅速发展。

国外自七十年开始有农药纳米乳剂的研究的报道，到八十年代，在美国、德国、日本等发达国家农药纳米乳剂做为一种新剂型已经开始工业化批量生产。我国自九十年初开始农药纳米乳剂的研究开发，到九十年代中期已出现部分农药纳米乳剂的商品销售，并且发展十分迅速。

农药纳米乳剂的特点：（1）高稳定性： 由于纳米乳剂是热力学稳定体系，可以长期放置而不发生相分离。因此，在各种农药剂型中，只有微乳剂才真正解决了稳定性问题；（2）增效作用：纳米乳剂施用时喷雾液滴小，含药浓度高，表面张力超低，对植物和昆虫的表面及细胞具有良好的附着，铺展和渗透性，从而提高吸收率，提高药效，降低使用剂量；（3）减少环境污染：不用或很少量使用有机溶剂，对于减轻对生产者及使用者的毒害，保护生态环境具有重要意义；（4）安全性：纳米乳剂没有（大量）的有机溶剂，具有闪点高、不易燃易爆的特点，生产、贮过和使用过程中的安全性大大提高：（5）低成本：纳米乳以水为溶剂，资源丰实，产品成本低，包装费用下降。

2.3 纳米乳液在生化环保方面的应用

环境保护是当今人类面临的共性问题。化学工业是造成环境污染的主要根源之一。各种燃料油、有机溶剂以及含氯烃类，它们或渗入地下，或飘浮于水面，或积聚于空气中，是引起环境污染的重要因素。利用表面活性剂的两亲特性配制成纳米乳液来清除地下、水中和气体中的油性污染性的技术正引起人们愈来愈多的关注。

目前，一些发达国家开始研究那些被各类油污污染的土壤修复和水质保护问题，例如，美国佛罗里达大学已有两个专门的小组在从事土壤修复和水资源保护研究，他们采用水—醇—表面活性剂的纳米乳液乳化技术清除军事基地土壤中的燃料油、氯代烃和焦油等。德国的Schwuger[11]等正在采用纳米乳液技术清除污土中的油性污物。

2.4 纳米乳液在洗涤方面的应用

纳米乳液具有的超低界面张力和超强的增溶、乳化能力，因此，它在洗涤方面会有优良的去污作用。Schwuger等[12]在此方面做了大量的研究，结果表明，各种三元纳米乳液体系的洗涤效果最佳。Erra等[13]对采用纳米乳液洗涤生羊毛进行了研究。结果表明，无论从能耗和环保上讲，还是一次性洗涤去污效果上看，纳米乳液洗涤都是最佳的方法。Salager等[14]报道了他们开发的Extende Surfanctants ，这种表面活性剂含有亲油性联结剂（Lipophilic Linker)的分子链段，它使表面活性剂的亲油基团深入胶团内部，从而对油性物有比一般纳米乳液更超强的增溶能力。这种突出的增溶作用可能会导致一代“浸泡型洗涤剂”的问世。

近几年来，国外一些公司纷纷申请了纳米乳液洗涤剂的配方专利，这些配方充分利用了纳米乳液极强的增溶特性，从而具有更强的去污能力。

2.5 纳米乳液法制备纳米材料

纳米材料是目前材料科学研究的一个热点，而纳米级超细颗粒是加工和制造纳米材料的原料，同时在催化、磁性材料、发光材料以及精密陶瓷等诸多领域得到了广泛的应用。

纳米乳液法制备纳米颗粒一般利用反胶束纳米乳液。反胶束纳米乳液是热力学稳定体系，微乳内的水核实质上是一微型反应器，可以通过选择合适的微乳体系来控制水核的大小，且保证表面活性剂界面层有一定强度，从而控制微型反应器的尺寸，达到控制纳米微粒粒径大小和分布的目的。同时表面活性剂包膜也解决了纳米微粒团聚的问题。

目前使用反胶束纳米乳液法已制出Pt、Pd、Rh、Ir等单分散金属纳米微粒，CdS、PbS、CuS等半导体材料，Ni,Co,Fe等与B的复合催化剂，SiO2、Fe2O3、Al(OH)3等超细粉末，Ag、Au的氯化物胶体粒子以及碱土金属碳酸盐等〔9〕。

影响超细颗粒制备的因素首先是反胶束纳米乳液本身的组成，其变化将直接导致水核尺寸的变化，从而影响超细颗粒的大小。其次，反应物浓度大小对颗粒尺寸也有影响。再次，纳米乳液界面膜的影响也很重要，界面膜的作用是稳定和保护生成粒子，防止其团聚，故膜的强度直接影响粒子的生成和聚集。反胶束纳米乳液法制备改进的方法有：加入保护剂以改善微粒的均一性；改善颗粒的稳定性和抗光腐蚀性；辐射技术引入纳米微粒的微乳液制备中等。

在已有的报道中，使用的表面活性剂有多种，阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂等。纳米乳液中纳米微粒的表征，包括颗粒大小、分布及一些特殊的化学物理性质测定，可直接用电镜观测(包括SEM、TEM、STEM等)；也可用间接方法如X射线衍射，电子、中子衍射，红外光谱，拉曼光谱等。

反胶束纳米乳液法制备纳米级超细颗粒，为许多常规方法难以得到的新材料合成提供了新的思路。事实上，采用（W/O）纳米乳液中的水核作为反应器来合成制备纳米材料的技术已经愈来愈引起人们的高度重视。

2.6 纳米乳液在其它领域中的应用

（1）纳米涂料

从涂料成膜性上讲，纳米乳液聚合与乳液聚合相比，具有聚合物颗粒小而均匀，润湿性、流变性和稳定性更好，因而纳米乳液聚合生产的纳米涂料具有更好的成膜性能。

从涂料调制过程上讲，纳米乳液超低表面张力对于更细更均匀地分散颜料和填料具有重要作用。

从成本和环保角度讲，采用水基的含硅纳米乳液完全代替有机溶剂来制备外墙涂料〈15〉。这种含硅纳米乳液能满足涂料工艺的各种要求，同时又降低了成本，减少了对环境的污染。

（2）皮革助剂

尽管这方面的应用研究还刚刚开始，但纳米乳液乳化技术在皮革化学品方面有着广阔的应用开发前景。例如，将传统的皮革加脂剂改成W/O型或双连续型纳米乳液，不但可以解决以往的油水分层问题，而且还可以使加脂剂的粒径变小，有助于向皮革向孔内渗透，从而大大提高加脂效果[16]。另外，如果将皮革用乳蜡制成纳米乳液，既可以提高稳定性，又可以使被涂的皮革表面细滑、细致，手感更舒适[17]。

（3）化学反应

作为微观上多相的油、水和表面活性剂的混合物，纳米乳液具有将广泛类型的物质增溶在一个相中的超强能力，因而是许多非碱性有机物和无机盐的优良溶剂。作为如此优良的反应介质，纳米乳液已被愈来愈多地用于各类化学反应。

① 有机合成：利用纳米乳液对极性物和非极性物的增溶能力，以及能密集和浓缩试剂的特性来克服反应原料不相溶、难撞碰、反应速度缓和选择性低等问题。例如，半芥子气CH3CH2SCH2CH2Cl在水中溶解度很低，加入强碱并不能增加氧化反应速率；但如果用纳米乳液作为介质来氧化它，则在15秒之内即可被氧化成亚砜，而当采用相转移催化剂时，反应也仍需20分钟[18]。

②纳米乳液聚合：纳米乳液聚合是近几年颇受重视的聚合新技术。和普通的乳液聚合相比较，纳米乳液聚合可以得到颗 粒更细（10-50nm纳米级）和分散度更高（表面积可达100m2/ml)的热力学稳定的胶乳。纳米乳液聚合可以将水相引入聚合体系，所得到的聚合物内部可制成各种孔结构，在这些孔中充填不同的物质，就可得到具有不同特殊性能的新型材料。可以说，纳米乳液聚合为合成新的特定材料开辟了一个重要的新途径。

③生化反应：利用纳米乳液进行生化（酶催化）反应，使生化反应处于相对贫水的环境，这种环境可增加有机质的溶解度，提高酶的热稳定性，并使酶催化作用更接近生理现象。因此，研究纳米乳液乳化环境中的生化反应具有重要的意义。目前，纳米乳液中的酶催化作用已用于研究许多反应，其中研究最多的是脂肪酶的催化反应，例如酯的合成、水解与交换等等[19,20,21]。

其它应用：利用纳米乳液聚合物的超细颗粒，将酶或某些药物包复起来，既可以延长药物保存时间，又可在使用时发挥缓释作用，延长药物作用时间[23]。这对医药、生化和农药界来说可能会带来一场应用技术上的革命。此外，纳米乳液在有机凝胶、无机凝胶的制备与应用方面也有重要应用[25]。

3 奥克纳米乳液技术开发与应用进展

辽阳奥克化学有限公司自1996年开始研究、开发纳米乳液技术，并主要集中在农药纳米乳液、三次采油和纳米涂料领域。

1998年，奥克依据纳米乳液原理和表面活性剂结构与性能的关系理论，经过对表面活性剂的结构设计与合成，以及与助表面活性剂的复配筛选，成功地开发了农药乙草胺的纳米乳液乳化剂，并于1999年通过了国内用户的性能测试和应用试验。奥克研究开发的50%乙草胺纳米乳剂具有抗冻性强、透明温区宽、对温度和水质适应能力强、质量稳定、药效高和原药分解率低等优点；同时，50％乙草胺纳米乳剂与50%乙草胺乳油相比，50%乙草胺乳油中的90%甲苯、二甲苯等有机溶剂由水代替，大大减少了甲苯、二甲苯用量，具有重要的环境保护意义。2000年，奥克进行了工业化生产和市场销售应用。经过一年多的生产、应用结果表明：奥克研究开发的乙草胺纳米乳剂各项指标均符合国际标准要求，已生产出50%乙草胺纳米乳剂产品合格率达100%，产品出口，取得了良好的效果。

该项目已经通过了辽宁省技术成果鉴定和新产品鉴定，并获辽宁省优秀新产品金奖。该技术成果填补了国内空白，对我国除草剂剂型的更新有着深远意义。

4 展 望

在过去二十年中，纳米乳液理论、技术和应用开发取得了重要进展。目前，纳米乳液技术已经迅速渗透、扩展到原油开采、精细化工、日用化工、医药工业、农药工业、纳米材料、生化技术以及环境科学等领域，在采油、农药、医药、洗涤、生化、环保、化学反应以及纳米材料的合成方面已显示出愈来愈巨大的应用价值。它已经成为目前国际上一个愈来愈热门的、并且具有巨大应用潜力的研究领域。

我国的纳米乳液的研究目前仍处起步阶段，因此，应该特别加强此领域的基础和应用研究，加强学术交流，我们奥克愿意与国内外同行携手合作，共同推动我国纳米乳液技术的开发与应用推广。

4、semiquantitative determination 怎么翻译？

半定量测定

semiquantitative [,semi'kwɔntitətiv, ,semai-] adj. [物]半定量的

5、现代测试技术在有色宝石学研究中的作用

为了解决有色宝石学中不断出现的新问题，波谱分析、微束等现代测试技术得以引入及应用。表1-5-1列出了电磁波谱在宝石学中的应用，各种不同的电磁波与物质相互作用产生各种谱学信息，这类仪器大多称为分光光度计(光谱仪)。

表1-5-1 电磁波谱在宝石现代测试中的应用

微束是指用电子束、离子束、激光束、质子束或其他粒子束来激发样品的微区，微束分析中，微束激发源(即入射光束)与样品作用产生各种信息，产生的信息主要有:特征X射线、连续X射线、二次电子、二次离子、背散射电子、俄歇电子、透射电子、吸收电子、阴极荧光等。将这些信息收集、分析处理、放大、转换成各种图像、图谱或强度数字，可进行成分、形貌和结构的直接观察和测定。

在有色宝石学研究中采用的微束和谱学现代测试技术方法主要有紫外—可见光分光光度计、红外光谱仪、X射线粉晶衍射仪、X射线荧光光谱分析仪、电子探针、扫描电镜、拉曼光谱和阴极发光等。

一、傅立叶变换红外光谱仪

1.基本原理

宝石在红外光的照射下，引起晶格(分子)、络阴离子团和配位基的振动能级发生跃迁并吸收相应的红外光而产生的光谱称为红外光谱(Infrared Spectra)。测量和记录红外吸收光谱的仪器称为红外分光光度计(或红外光谱仪)。它利用物质对红外光的选择性吸收，定性或定量分析有色宝石的组成或结构。

红外光谱是波长约为0.78～1000μm的电磁波，通常将整个红外光区分为以下3个部分:

1)远红外光区:波长为25～1000μm，波数为400～10cm-1。一般宝石分析不在此区范围内进行。

2)中红外光区:波长为2.5～25μm，波数为4000～400cm-1。该区的吸收带主要为基频吸收带，可分为两个区域，即基团频率区和指纹区。基团频率区(又称官能团区或特征频率区)分布在4000～1500cm-1区域内，出现的基团特征频率较稳定，可利用该区红外吸收特征峰鉴别宝石中可能存在的官能团。指纹区分布在1500～400cm-1区域，可以通过该区域的图谱来识别特定的分子结构。

3)近红外光区:波长为0.78～2.5μm，波数为12820～4000cm-1，该区的光谱可用于研究稀土和其他过渡金属离子的化合物，以及水、含氢原子团化合物的分析、检测O-H、N-H、C-H伸缩振动，可用于检测宝石充填的胶、蜡或有机染料。

2.仪器组成

在宝石测试和研究中，主要采用傅立叶变换红外光谱仪。如图1-5-1所示，在傅立叶变换红外光谱仪中，首先是把光源发出的光经迈克尔逊干涉仪变成干涉光，再让干涉光照射样品。经检测器(探测器—放大器—滤波器)获得干涉图，由计算机将干涉图进行傅立叶变换得到光谱。其特点是:扫描速度快，适合仪器联用;不需要分光，信号强，灵敏度高。

图1-5-1 傅立叶变换红外光谱仪工作原理示意

3.测试方法

1)透射法:透射法包括粉末透射法、直接透射法两种。粉末透射法为有损检测方法，适用于宝石矿物原料，需按要求将样品粉末与溴化钾以1∶100～1∶200的比例混合，压制成一定直径或厚度的透明片，然后进行测定。直接透射法是将宝石直接置于样品台上进行测试。

2)反射法:红外反射光谱(镜、漫反射)在宝石鉴定与研究中具有重要意义。要求待测宝石样品至少有一个抛光良好的光面。对于半透明—不透明的玉石材料，如翡翠、软玉和绿松石，漫反射附件装置可提供令人满意的光谱。

4.应用

红外光谱一般以波数(cm-1)作横坐标，以透过率或吸收率为纵坐标。根据红外光谱的谱带数目、位置、形状及强度等进行分析。主要用途有:

①确定宝石品种;②宝石中的羟基、水分子的检测;③划分钻石类型;④鉴别人工充填处理宝石，如翡翠A货和B货的区别。

二、紫外—可见分光光度计

紫外—可见吸收光谱是在电磁辐射作用下，由宝石中原子、离子或分子的价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁而产生的一种分子吸收光谱。具不同晶体结构的各种有色宝石，其内所含的致色杂质离子对不同波长的入射光具有不同程度的选择性吸收，根据样品吸收波长(波长范围)及吸收程度，对样品中组成成分进行定性或定量分析。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外—可见分光光度法。

1.结构和工作原理

紫外—可见分光光度计类型很多，其工作原理见图1-5-2，宝石测试中常用的分光光度计如图1-5-3所示。光由单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，一束通过参比池，一束通过样品池。光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样的透射比，经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能自动消除光源强度变化所引起的误差。

图1-5-2 紫外可见光分光光度计原理框图

图1-5-3 紫外可见光分光光度计

2.测试方法

用于宝石的测试方法可分为两类，即直接透射法和反射法。直接透射法是将宝石样品的光面或戒面直接置于样品台上，获取宝石的紫外可见吸收光谱，属无损测试方法，但从中获得的有关宝石的信息十分有限;反射法是利用紫外—可见分光光度计的反射附件(如镜反射和积分球装置)，有助于解决直接透射法在测试过程中遇到的问题。

3.宝石学应用

1)检测人工优化处理宝石。

2)区分某些天然与合成宝石。

3)探讨宝石呈色机理。

三、X射线荧光光谱仪(X-Ray Fluorescence Spectrometry，XRF)

X射线是一种波长在0.001～10nm之间的电磁波。对已镶和未镶的宝石成品、原石、珠串以及宝石材料的粉末等，均可用X射线来进行检测。X射线荧光光谱分析与电子探针分析相似，但不同的是前者激发源使用X射线，后者使用电子束。

1.原理

X射线荧光的波长λ与元素的原子序数Z有关，随着元素的原子序数的增加，特征X射线有规律地向短波长方向移动。各种不同的元素都有本身的特征X射线荧光波长，只要测出荧光X射线的波长，就可知道元素的种类，这是荧光X射线定性分析的基础，荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，这就是用X射线荧光光谱仪进行定量分析的依据。

2.仪器类型

(1)波长色散光谱仪

通过分光晶体对不同波长的X射线荧光进行衍射而达到分光的目的，然后用探测器探测不同波长处的X射线荧光强度。仪器由X射线发生器、晶体分光器、准直器、检测器、多道脉冲分析器、计算机等组成。

(2)能量色散X射线荧光光谱仪(EDXRF)

利用荧光X射线具有不同能量的特点，将其分开并检测，依靠半导体探测器来完成。仪器由X射线发生器、检测器、放大器、多道脉冲分析器、计算机组成。

X射线荧光能谱仪(EDXRF)对X射线的总检测效率比波谱高，在宝石学中应用最广泛。可同时测定样品中几乎所有的元素，分析速度快;缺点是能量分辨率差，探测器必须在低温下保存，对轻元素检测有困难。

3.样品制备及测试适用性

样品要求表面抛光。X射线荧光光谱仪的适用性如下:①分析快速、准确、无损，适用于各种宝石;②分析的元素范围广，从4Be至92U均可检测;③荧光X射线谱线简单，相互干扰少，样品不必分离，分析方法比较简便;④分析浓度范围较宽，从常量到微量均可检测，重元素检测限可达10-6量级，轻元素稍差。

4.应用

1)贵金属首饰成色检测。

2)鉴定宝石种属及亚种。

3)区分某些天然宝石和合成宝石。

4)鉴别某些人工优化处理的宝石。

5)判断宝石产地。

图1-5-4 新疆珊瑚化石的粉晶X射线衍射图C—方解石;D—白云石

四、X射线粉末衍射(X-ray Diffraction，XRD)

用于测定晶体结构的X射线，波长为0.055～0.25nm，这个波长范围与晶体点阵面的间距大致相当。多晶衍射仪法是利用计数管和一套计数放大测量系统，把接收到的衍射光转换成一个大小与衍射光强成正比的讯号记录下来。多晶衍射所得的基本数据是“d-I”值(衍射面间距和衍射强度)，每一种晶体因结构不同，会有不同的衍射样式和衍射强度，都有一套特征的“d-I”数据，图1-5-4所示为新疆吐鲁番珊瑚化石的X射线衍射分析结果，横坐标衍射角为2θ，对应衍射角θ可求d值，纵坐标表示强度I。根据特征的“d-I”数据可以查手册或X射线衍射数据库，得到其物相主要为方解石，还有少量的文石。

X射线粉末衍射法可以不破坏样品，如翡翠，软玉、石英岩玉等做的戒面、耳环和小的挂件等都可用X射线衍射进行物相鉴定。对于大的玉雕或宝石则只能破坏样品，从原石碎块或雕件底部刮下极少量的样品，碾成粉末，然后进行快速的分析以鉴别晶质材料。

五、电子探针(Electron Micro-probe)

电子探针主要用于定量或定性地分析宝石矿物的微区成分、近表面的宝石包裹体的成分、观察宝石表面形貌及结构特征。

1.仪器组成和基本原理

电子探针一般由电子枪、电子透镜、样品室、信号检测、显示系统及真空系统等组成。电子枪用以发射具有一定能量的电子束轰击宝石样品待测微区，在样品表面产生特征X射线、二次电子、背散射电子等信息。通过测定特征X射线的波长，即可确定样品中所含元素的种类，将样品中所测得的某元素的特征X射线强度与标准样品中相同元素的特征X射线强度相比，从而得到该元素在样品中的实际含量。根据二次电子的强度还可作宝石样品的形貌分析。

2.样品制备及要求

宝石样品大小一般要求直径Φ≤25mm，高度H≤10mm。用于定量分析的宝石，样品表面要磨平和抛光，样品表面应具有良好的导电性，若不导电，应在样品表面镀碳膜(金属膜)。

3.分析仪器

电子探针根据收集特征X射线的仪器不同，分为波谱分析和能谱分析两种方法。能谱仪(EDS)中探测器可以接收到更多的X射线，因此检测效率较高。能谱仪的分辨率比波谱仪低，但测试速度快，仅需几分钟就可得到全谱定性分析结果，波谱仪(WDS)只能逐个测定每一元素的特征波长，一次全分析往往需要几个小时。波谱仪可以测量4Be—92U之间的所有元素，能谱仪一般只能分析原子序数在11以上的元素。

4.分析方法

①点分析，用于测定样品上某个指定点的化学成分;②线分析，用于测定某种元素沿给定直线分布的情况;③面分析，用于测定某种元素的面分布情况。

5.电子探针在宝石学中的应用

1)根据成分鉴定宝石的种类。

2)根据某些微量元素区分天然宝石与合成宝石。

3)根据成分变化特点区分某些优化处理的宝石。

4)研究宝石内部的包裹体成分。

5)根据背散射图像和二次电子图像分析宝石表面微形貌。

六、扫描电镜(Scanning Electronic Microscopy)

扫描电镜用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的信息对样品表面或断口形貌进行观察和分析，也可结合能谱仪对样品化学成分进行分析。

1.基本原理

电子束在试样表面扫描，与样品相互作用产生二次电子像(SE)、背散射电子像(BE)，特征X射线等信号，这些信号分别被不同的接收器接收而成像。

2.样品制备

样品最大直径一般不超过15mm。如果单为观察形貌像，直径稍大一些(39mm)仍可以使用，但试样必须导电。若不导电，须在表面镀上一层厚约200Å碳或150Å的金。

3.SEM在宝石学上的应用

1)根据二次电子图像或背散射图像观察宝石的表面微形貌。

2)利用扫描电镜所带的能谱仪对宝石的化学成分进行测试。

七、拉曼光谱(Raman Spectrum)

不同物质的分子或不同矿物结构具有不同的拉曼光谱特征。通过分析宝石拉曼光谱的特征峰位、峰强、线型、线宽而达到鉴定识别宝石的目的。

1.基本原理

激光拉曼光谱是一种激光光子与宝石分子发生非弹性碰撞后，改变了原有入射频率的一种分子联合散射光谱，通常将这种非弹性碰撞的散射光光谱称为拉曼光谱。

拉曼散射中，当散射光的频率低于入射光的频率时，分子能量损失，这种类型的散射线称为斯托克斯线;若散射光的频率高于入射光的频率，则分子能量增加，这类散射线称为反斯托克斯线。前者是分子吸收能量跃迁到较高能级，后者是分子放出能量跃迁到较低能级。

由于常温下分子通常都处在振动基态，所以拉曼散射中以斯托克斯线为主，反斯托克斯线的强度较低，一般很难观察到。斯托克斯线和反斯托克斯线统称为拉曼光谱。一般情况下，拉曼位移由宝石分子结构中的振动能级所决定，而与其辐射光源无关。

2.仪器结构

激光拉曼光谱仪的主要部件有:激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。如图1-5-5和图1-5-6所示。激光光源通常用514.5nm绿色激光。

图1-5-5 激光拉曼光谱仪结构框图

图1-5-6 激光拉曼光谱仪

3.仪器特点

1)测试精度高、灵敏，测量下限可达10-9g;微区微量检测，可实现1～2μm微区测试。

2)无损检测，无需特别制样。

3)固相、气相、液相均适用，可定性-定量分析气液相成分，分析CO2、N2、CH4等挥发组分，也可测气液包体的盐度。

4)可测距离表面5mm下的宝石内部包裹体。

4.宝石学中的应用

1)鉴别宝石种:可直接利用拉曼光谱对宝石进行无损鉴定，根据拉曼标准图谱进行比对，确定宝石的种属，与相似宝石区别。

2)利用拉曼光谱对宝石的包裹体进行研究，有利于区别天然宝石和合成宝石、确定宝石产地并对宝石包裹体的成因类型进行研究。拉曼光谱具有分辨率和灵敏度较高且快速无损等优点，特别适用于宝石内部1μm大小的单个流体包体及各类固相矿物包体的鉴定与研究。若在两个物相交界处，则同时产生两个物相的拉曼散射光谱。

3)利用拉曼光谱分析测试技术可以鉴别某些人工优化处理的宝石。

4)区别天然宝石和合成宝石。

八、阴极发光仪(Cathode Luminescence，CL)

阴极发光是物体在从阴极射线管发出的具有较高能量的加速电子束激发下发出可见光的现象。不同宝石由于含有不同的激活剂元素，因而产生不同的阴极发光，其光波波长和强度与该宝石的成分、结构、微量杂质等有关。

1.仪器的组成和功能

仪器主要由高压发生器、真空系统、电子枪、样品室和显微镜组成。仪器各部分作用是:高压发生器产生0～16kV的负高压;真空系统，产生和维持5～200Pa的中度真空;电子枪发射电子束激发样品发光;显微镜用于观察样品发光的显微特征。

2.宝石阴极发光的特征

宝石阴极发光的特征主要包括阴极发光的图案、颜色、亮度和阴极发光光谱等。阴极发光的图案主要研究宝石晶体生长的特点与过程、玉石的结构等;阴极发光的颜色主要用来区别不同的发光体，如宝石中不同的生长区、充填物、致色剂等;阴极发光的亮度区别发光中心的类型和密度;阴极发光的光谱定量地描述宝石阴极发光的颜色和亮度。

3.阴极发光在宝石学中的应用

阴极发光技术是研究金刚石内部结构的重要手段之一。通过高能阴极射线激发金刚石中的杂质和晶格缺陷造成发光中心，从而产生不同的阴极发光图案。这些图案随金刚石生长扭曲、晶格缺陷和杂质的成分、分布情况等变化而变化，为区分天然金刚石与合成金刚石提供关键的证据，也可用于区分淡水珍珠和海水珍珠。阴极发光的样式可揭示淡水珍珠生长和组成的某些特点，研究表明，在阴极射线激发下，淡水养殖珍珠和处理珍珠发黄绿或绿色光，而各色海水养殖珍珠和处理珍珠不发光。市场上很多染色黑珍珠都是淡水珍珠，因此可利用阴极发光与塔希提黑珍珠区别。阴极发光特征可作为无损鉴别海水、淡水养殖珍珠以及处理养殖珍珠的主要依据之一。

6、电化学为什么选10 ma cm-2

循环伏安沉积石墨基PbO2电极及其超级电容器应用
发布期：2012-04-25
二氧化铅作电极材料具广泛工业用途,能源转换装备、机合及污水处理等,其二氧化铅作铅酸蓄电池阳极性物质量使用铅酸蓄电池比能量30~40Wh/kg范围,比功率较(约200~300W /kg),循环寿命差(300~500)采用性碳(AC)电极材料超级电容具比功率高(>1 kW /kg),循环寿命(>100 000)等优点[1],两者结合组复合超级电容,PbO2/H2SO4/AC体系,研究热点[2]与工业制备铅膏铅酸电池极相比,电化沉积二氧化铅能提高阳极性物质利用率[3-4],且具优点: (ⅰ)通调整电化参数准确控制膜厚度表面形貌[5], (ⅱ)能形状复杂基体形相均膜, (ⅲ)较高沉积率
前文献报道[6-7],PbO2电沉积程,溶性反应间体存,能Pb(3价)或Pb(4价)复杂含氧基团,Velichenko[8]等研究硝酸溶液电沉积PbO2发现, PbO2电沉积程受电转移或Pb2+扩散限制,反应机理:

第步形吸附含氧基团OH,随该含氧基团与Pb发化反应形溶性反应间体,能含Pb(3价),进步氧化形PbO2
作复合超级电容体系极材料,循环伏安沉积石墨基PbO2具电极厚度薄,石墨集流体硫酸抗腐蚀等优点,能够与性碳负极匹配本文重点研究用循环伏安石墨板基底沉积PbO2薄膜电极,并与性碳负极组装混合超级电容器,并运用恒流充放电、循环寿命、交流阻抗等电化研究其电化性能
1·实验部
1.1负电极制备
选用石墨板作极PbO2沉积基体,厚度1. 055 mm,面积1×1 cm2石墨板用离水清洗干净,再2. 5 mol·L-1NaOH进行电化除油(阳极电流300 mA·cm-2,间30min),再于1. 5 mol·L-1HNO3浸泡10 min,离水洗净,烘干采用三电极体系进行循环伏安电沉积石墨基PbO2薄膜电极,所电化操作均德ZAHNER-IM6型电化工作站进行PbO2电极制备实验装置三电极体系(图1),处理石墨板作工作电极,选用铂片电极作电极,饱甘汞电极(SCE)作参比电极本文所电势都相饱甘汞电极言,实验操作均(25±1)℃进行电镀液组0. 5 mol Pb(NO3)2+1 molHNO3,循环伏安电沉积电势扫描范围(0. 4~2. 0 )V,扫描速率20 mV/s,循环周期别采用50100

负极性碳电极制备工艺(图2)所示性碳、导电剂(乙炔黑)添加剂进行均匀混合,添加定量粘结剂聚四氟乙烯(PVDF),性炭与乙炔黑、聚四氟乙烯按质量比0. 85：0. 10：0. 05,加入适量水乙醇搅拌均匀,进行浆处理,涂布钛箔集流体制预型件,真空干燥,定压力进行压制型,即制定尺寸负极电极片

1.2　电极材料测试
考察电极表面PbO2颗粒表面形貌,用立公司4800型扫描电显微镜(SEM)析PbO2电极表面形态粒径研究实验制备PbO2电极材料晶型,采用本Rigaku D/Max-ШA型X射线衍射仪所品进行XRD析,使用Cu-Kα射线(λ=1.540 56 A)管压40 kV,管流300MV,扫描速度8°min-1,2θ扫描范围20~70°
1.3超级电容器组装与测试
用循环伏安沉积制备石墨基PbO2电极作极,性碳电极作负极,电解液采用1. 28 g·cm-3H2SO4溶液,孔碳纤维纸作隔膜,组装混合超级电容器并研究其恒流充放电、循环寿命、交流阻抗等电化特性循环伏安(CV)测试德ZAHNER ELECKTRIC公司IM6e电化工作站进行循环寿命测试LAND 2000充放电测试仪测试交流阻抗测试德ZAHNER ELECKTRIC公司IM6e电化工作站进行,工作电极施加幅值交流信号(5mV)通检测所电流信号复数阻抗,析阻抗图谱我需要体系信息
2·结与讨论
目前应用较电化沉积通恒电流、恒电压、循环伏安等[5, 9-11]电化沉积PbO2程电极表面形貌结构主要受传质程影响恒电流沉积通调节沉积电流电镀液性物浓度,减传质限制,进达控制PbO2结构[12];恒电压沉积通调节沉积电压控制PbO2结构[5]电沉积程,电流密度影响电极表面电化反应决定性素,理论恒电流沉积能更效控制沉积程沉积速率[13],恒电流恒电压制备PbO2电极性能进行比,结发现恒电流制备PbO2电极性能要优于恒电压[5]循环伏安沉积主要应用于制备导电聚合物,用于合氧化物报道非少,能氧化物导电性般较差,电沉积形层膜表面电阻增,阻止电沉积进步进行[14];PbO2具良导电性,能够持续发电沉积反应,用循环伏安进行电沉积;循环伏安制备程,由于电流电压都变化,所程更复杂
2.1　PbO2电极电沉积程
循环伏安沉积石墨基PbO2薄膜电极,三电极体系,电镀液通恒电流/恒电位仪产循环伏安电位差,使铅化物发氧化原变化,沉积作工作电极石墨板基体PbO2薄膜电极循环伏安制备,工作电极说,根据电镀液铅化物发反应电极电势范围加循环伏安电压,定电压范围内,于工作电极说,电流负,石墨板基体阴极,电镀液铅化物先驱体首先发阴极电沉积电压变化使电流反向变,石墨板基体变阳极,沉积铅化物先驱体阳极氧化较高氧化态电流再变负,沉积反应发,循环, PbO2便层层沉积石墨板基体石墨板基底电极0. 5 molPb(NO3)2+1 molHNO3电镀液,电势扫描范围(0. 4~2. 0)V,扫描速率20 mV/s,循环周期别采用50100,图3石墨基底电极电镀液循环伏安电沉积图由图知: PbO2沉积溶解程都迅速,氧化原峰电流突跃,向扫描程,电势达1. 7 V,PbO2始凝结核,随着电势增加PbO2镀层断增,直反向扫描电势达1. 55 V结束1.5 V左右始发原反应,反向扫描直1. 0左右才结束,呈现较宽PbO2原蜂,说明PbO2完全原仍比较慢程,所终石墨板基底电极沉积PbO2量要于溶解PbO2量,经50100循环周期都能形比较PbO2薄膜电极

2.2扫描电显微镜(SEM)析
采用循环伏安石墨基底沉积PbO2涂层, 50100循环周期所制备PbO2电极扫描电显微镜(SEM)测试照片(图4), (a)50周期所制备PbO2电极, (b)100周期所制备PbO2电极同周期沉积膜形貌同,由图知:50循环周期沉积物颗粒规则,形貌裂,易剥落随沉积周期增加,l00循环电极表面裂缝再见,表面呈凝胶状

由凝胶知电极表面能既二氧化铅晶体,二氧化铅结构水合物,其式PbO(OH)2,形1晶体凝胶体系由于

平衡反应进行,整体系凝胶密度能维持临界值,电导电率质导电率均较高结构,质电放电机理[15]:

即等量电质进入二氧化铅(包括未水化晶体及水化定形相),结构水合物电极反应速率及电化性由电质其输送速率控制,结构水合物定程度能提高电极放电性能
2.3　X-射线衍射(XRD)析
进步确定电极表面晶相组,实验电极进行XRD测试,结(图5)所示采用循环伏安制备电极衍射谱图相比较复杂由图知: 100循环周期所制备电极同存PbO2、石墨(graphite)Pb(NO3)2,谱图graphite强特征衍射峰,应该由于石墨板(graphite substrate)作PbO2电极集流体, PbO2沉积其性物质间间隙,所测试现集流体石墨板衍射峰;谱图几Pb(NO3)2特征衍射峰衍射峰强度,知其电极含量,由于电沉积程发Pb(NO3)2电镀液,且PbO2电极表面吸附质带电荷,电荷平衡原理使NO-3极易吸附电极表面,量蒸馏水清洗电极表面能全部除表面负电荷,PbO2电极内部结构存少量Pb(NO3)2谱图较四结构β- PbO2特征衍射峰,知其电极主要比发现50循环周期所制备电极主要β- PbO2,100循环周期所制备电极主要相差,说明100循环周期所制备电极表面二氧化铅结构水合物凝胶并能产相应特征衍射峰恒电流沉积制备电极材料α- PbO2β- PbO2混合物,α- PbO2含量随着沉积电流减减,电流密度减1 mA·cm-1, PbO2电极仅含β-PbO2[12];恒电压沉积电极α- PbO2β- PbO2混合物[5];循环伏安沉积复杂程,电化性能言,α-PbO2结构面比β-PbO2更加紧密,品起使颗粒间更电接触传递作用,紧密结构使α-PbO2放电性能面远β-PbO2,β-PbO2PbO2/AC混合超级电容器比α-PbO2具更电化性[12, 16],所通循环伏安沉积电化性较电极材料

2.4　PbO2/性碳混合超级电容器性能研究
2. 4. 1恒流充放电性能研究　采用50100循环周期所别制备PbO2薄膜电极作极,性碳电极作负极, 1. 28 g·cm-3H2SO4溶液作电解液组装混合超级电容器,250 mA·g-1电流密度, 0. 8~1. 86 V电位区间内进行恒流充放电性能测试,图6两种电极别组电容器充放电曲线比由图知: 50100循环周期所制备PbO2电极组电容器充放电性能都较,50周期PbO2电极组电容器放电IR降较,能电极表面所存裂缝导致其导电性,所内阻较;100周期PbO2电极组电容器放电IR降较,放电间更,说明其电极沉积物与石墨集流体接触紧密且导电性IR降放电曲线陡降部,由电容器欧姆内阻导致根据公式:

Cm比电容值,△t间差,△V电压差,m性物质质量值,计算性物质比容量由公式计算100循环周期所制备PbO2电极组电容器比容量112. 8 F·g-1, 50循环周期所制备PbO2电极组电容器比容量80.3 F·g-1所, 100循环周期条件所制备PbO2电极放电性能要优于50循环周期条件,与SEM结构水合物定程度能提高电极放电性能结论相吻合

2. 4. 2　循环寿命测试　图7用100循环周期
所制备PbO2电极作极与性碳负极组装混合超级电容器,1. 28 g·cm-3H2SO4溶液循环寿命图,电流密度500 mA·g-1,充放电电压区间0. 8~1. 86 V,由图知混合电容高比容量达96. 8 F·g-1,且经2 000深循环比容量仍能达89. 2 F·g-1,容量保持率高达92%且较稳定性由图知电容库仑效率始并高,随着充放电循环进行比较升程,经概200循环能达比较高效率,升变缓慢;极性物质二氧化铅激程,随着充放电循环进行,电解液硫酸逐渐进入二氧化铅与反应,电极深处性物质才充利用起由于负极性碳电极双电层电容性能稳定,混合超级电容性能主要决定于极二氧化铅电化性能,所库仑效率稳定升程,库仑效率总体比较高,能达85%[12, 17]

2. 4. 3　交流阻抗测试　图8用100循环周期所制备PbO2电极作极与性碳负极组装混合超级电容器路电位交流阻抗复平面图,加5 mV弦激发波,频率范围10-2~10+5Hz曲线由半圆非垂直于实部直线组,高频区阻抗代表电解质/氧化物电极界面电荷传输反应所引起阻抗Rc,t其数值通由半圆直径表达,低频区直线则溶液离氧化物电极界面扩散所引起Warburg阻抗[18]由图知混合电容器表现并非纯电容特性,电极表面存氧化原反应,电荷迁移产拉第准电容,并且扩散程控制电荷迁移反应高频曲线与实轴交点,知,该混合超级电容器溶液电阻(Warburg)约0. 86Ω,半圆半径知反应电荷迁移电阻(Rct)约2. 74Ω

3·结论
石墨板具优良导电性强搞腐蚀能力,浓硫酸种集流体材料本文利用循环伏安石墨板基底沉积PbO2薄膜电极,别采用50100循环周期制备PbO2电极,通SEMXRD研究电极表面形貌结构特性发现电极表面明显区别,前者表面现裂缝,者表面结构致密;沉积PbO2颗粒主要均β- PbO2用两种同循环周期所制备PbO2电极与性碳电极匹配组装混合超级电容器,恒流充放电比曲线说明100循环周期所制备PbO2电极放电性能要优于50循环周期,与SEM结论相吻合循环寿命测试表明混合电容器500 mA·g-1电流密度比容量达96. 8 F·g-1, 2000深循环容量保持率高达92%;交流阻抗显示电容器欧姆内阻,说明石墨板与性物质PbO2接触紧密且导电性采用循环伏安制备石墨基PbO2电极超级电容具电化性能,超级电容器领域着潜应用价值,何进步提高电容器性物质比容量继续研究重点
电容器装放间始电化测试
提问觉没意义

7、碳电极电容器的电荷转移电阻一般是多少

循环伏安沉积石墨基PbO2电极及其超级电容器应用
发布期：2012-04-25
二氧化铅作电极材料具广泛工业用途,能源转换装备、机合及污水处理等,其二氧化铅作铅酸蓄电池阳极性物质量使用铅酸蓄电池比能量30~40Wh/kg范围,比功率较(约200~300W /kg),循环寿命差(300~500)采用性碳(AC)电极材料超级电容具比功率高(>1 kW /kg),循环寿命(>100 000)等优点[1],两者结合组复合超级电容,PbO2/H2SO4/AC体系,研究热点[2]与工业制备铅膏铅酸电池极相比,电化沉积二氧化铅能提高阳极性物质利用率[3-4],且具优点: (ⅰ)通调整电化参数准确控制膜厚度表面形貌[5], (ⅱ)能形状复杂基体形相均膜, (ⅲ)较高沉积率
前文献报道[6-7],PbO2电沉积程,溶性反应间体存,能Pb(3价)或Pb(4价)复杂含氧基团,Velichenko[8]等研究硝酸溶液电沉积PbO2发现, PbO2电沉积程受电转移或Pb2+扩散限制,反应机理:

第步形吸附含氧基团OH,随该含氧基团与Pb发化反应形溶性反应间体,能含Pb(3价),进步氧化形PbO2
作复合超级电容体系极材料,循环伏安沉积石墨基PbO2具电极厚度薄,石墨集流体硫酸抗腐蚀等优点,能够与性碳负极匹配本文重点研究用循环伏安石墨板基底沉积PbO2薄膜电极,并与性碳负极组装混合超级电容器,并运用恒流充放电、循环寿命、交流阻抗等电化研究其电化性能
1·实验部
1.1负电极制备
选用石墨板作极PbO2沉积基体,厚度1. 055 mm,面积1×1 cm2石墨板用离水清洗干净,再2. 5 mol·L-1NaOH进行电化除油(阳极电流300 mA·cm-2,间30min),再于1. 5 mol·L-1HNO3浸泡10 min,离水洗净,烘干采用三电极体系进行循环伏安电沉积石墨基PbO2薄膜电极,所电化操作均德ZAHNER-IM6型电化工作站进行PbO2电极制备实验装置三电极体系(图1),处理石墨板作工作电极,选用铂片电极作电极,饱甘汞电极(SCE)作参比电极本文所电势都相饱甘汞电极言,实验操作均(25±1)℃进行电镀液组0. 5 mol Pb(NO3)2+1 molHNO3,循环伏安电沉积电势扫描范围(0. 4~2. 0 )V,扫描速率20 mV/s,循环周期别采用50100

负极性碳电极制备工艺(图2)所示性碳、导电剂(乙炔黑)添加剂进行均匀混合,添加定量粘结剂聚四氟乙烯(PVDF),性炭与乙炔黑、聚四氟乙烯按质量比0. 85：0. 10：0. 05,加入适量水乙醇搅拌均匀,进行浆处理,涂布钛箔集流体制预型件,真空干燥,定压力进行压制型,即制定尺寸负极电极片

1.2　电极材料测试
考察电极表面PbO2颗粒表面形貌,用立公司4800型扫描电显微镜(SEM)析PbO2电极表面形态粒径研究实验制备PbO2电极材料晶型,采用本Rigaku D/Max-ШA型X射线衍射仪所品进行XRD析,使用Cu-Kα射线(λ=1.540 56 A)管压40 kV,管流300MV,扫描速度8°min-1,2θ扫描范围20~70°
1.3超级电容器组装与测试
用循环伏安沉积制备石墨基PbO2电极作极,性碳电极作负极,电解液采用1. 28 g·cm-3H2SO4溶液,孔碳纤维纸作隔膜,组装混合超级电容器并研究其恒流充放电、循环寿命、交流阻抗等电化特性循环伏安(CV)测试德ZAHNER ELECKTRIC公司IM6e电化工作站进行循环寿命测试LAND 2000充放电测试仪测试交流阻抗测试德ZAHNER ELECKTRIC公司IM6e电化工作站进行,工作电极施加幅值交流信号(5mV)通检测所电流信号复数阻抗,析阻抗图谱我需要体系信息
2·结与讨论
目前应用较电化沉积通恒电流、恒电压、循环伏安等[5, 9-11]电化沉积PbO2程电极表面形貌结构主要受传质程影响恒电流沉积通调节沉积电流电镀液性物浓度,减传质限制,进达控制PbO2结构[12];恒电压沉积通调节沉积电压控制PbO2结构[5]电沉积程,电流密度影响电极表面电化反应决定性素,理论恒电流沉积能更效控制沉积程沉积速率[13],恒电流恒电压制备PbO2电极性能进行比,结发现恒电流制备PbO2电极性能要优于恒电压[5]循环伏安沉积主要应用于制备导电聚合物,用于合氧化物报道非少,能氧化物导电性般较差,电沉积形层膜表面电阻增,阻止电沉积进步进行[14];PbO2具良导电性,能够持续发电沉积反应,用循环伏安进行电沉积;循环伏安制备程,由于电流电压都变化,所程更复杂
2.1　PbO2电极电沉积程
循环伏安沉积石墨基PbO2薄膜电极,三电极体系,电镀液通恒电流/恒电位仪产循环伏安电位差,使铅化物发氧化原变化,沉积作工作电极石墨板基体PbO2薄膜电极循环伏安制备,工作电极说,根据电镀液铅化物发反应电极电势范围加循环伏安电压,定电压范围内,于工作电极说,电流负,石墨板基体阴极,电镀液铅化物先驱体首先发阴极电沉积电压变化使电流反向变,石墨板基体变阳极,沉积铅化物先驱体阳极氧化较高氧化态电流再变负,沉积反应发,循环, PbO2便层层沉积石墨板基体石墨板基底电极0. 5 molPb(NO3)2+1 molHNO3电镀液,电势扫描范围(0. 4~2. 0)V,扫描速率20 mV/s,循环周期别采用50100,图3石墨基底电极电镀液循环伏安电沉积图由图知: PbO2沉积溶解程都迅速,氧化原峰电流突跃,向扫描程,电势达1. 7 V,PbO2始凝结核,随着电势增加PbO2镀层断增,直反向扫描电势达1. 55 V结束1.5 V左右始发原反应,反向扫描直1. 0左右才结束,呈现较宽PbO2原蜂,说明PbO2完全原仍比较慢程,所终石墨板基底电极沉积PbO2量要于溶解PbO2量,经50100循环周期都能形比较PbO2薄膜电极

2.2扫描电显微镜(SEM)析
采用循环伏安石墨基底沉积PbO2涂层, 50100循环周期所制备PbO2电极扫描电显微镜(SEM)测试照片(图4), (a)50周期所制备PbO2电极, (b)100周期所制备PbO2电极同周期沉积膜形貌同,由图知:50循环周期沉积物颗粒规则,形貌裂,易剥落随沉积周期增加,l00循环电极表面裂缝再见,表面呈凝胶状

由凝胶知电极表面能既二氧化铅晶体,二氧化铅结构水合物,其式PbO(OH)2,形1晶体凝胶体系由于

平衡反应进行,整体系凝胶密度能维持临界值,电导电率质导电率均较高结构,质电放电机理[15]:

即等量电质进入二氧化铅(包括未水化晶体及水化定形相),结构水合物电极反应速率及电化性由电质其输送速率控制,结构水合物定程度能提高电极放电性能
2.3　X-射线衍射(XRD)析
进步确定电极表面晶相组,实验电极进行XRD测试,结(图5)所示采用循环伏安制备电极衍射谱图相比较复杂由图知: 100循环周期所制备电极同存PbO2、石墨(graphite)Pb(NO3)2,谱图graphite强特征衍射峰,应该由于石墨板(graphite substrate)作PbO2电极集流体, PbO2沉积其性物质间间隙,所测试现集流体石墨板衍射峰;谱图几Pb(NO3)2特征衍射峰衍射峰强度,知其电极含量,由于电沉积程发Pb(NO3)2电镀液,且PbO2电极表面吸附质带电荷,电荷平衡原理使NO-3极易吸附电极表面,量蒸馏水清洗电极表面能全部除表面负电荷,PbO2电极内部结构存少量Pb(NO3)2谱图较四结构β- PbO2特征衍射峰,知其电极主要比发现50循环周期所制备电极主要β- PbO2,100循环周期所制备电极主要相差,说明100循环周期所制备电极表面二氧化铅结构水合物凝胶并能产相应特征衍射峰恒电流沉积制备电极材料α- PbO2β- PbO2混合物,α- PbO2含量随着沉积电流减减,电流密度减1 mA·cm-1, PbO2电极仅含β-PbO2[12];恒电压沉积电极α- PbO2β- PbO2混合物[5];循环伏安沉积复杂程,电化性能言,α-PbO2结构面比β-PbO2更加紧密,品起使颗粒间更电接触传递作用,紧密结构使α-PbO2放电性能面远β-PbO2,β-PbO2PbO2/AC混合超级电容器比α-PbO2具更电化性[12, 16],所通循环伏安沉积电化性较电极材料

2.4　PbO2/性碳混合超级电容器性能研究
2. 4. 1恒流充放电性能研究　采用50100循环周期所别制备PbO2薄膜电极作极,性碳电极作负极, 1. 28 g·cm-3H2SO4溶液作电解液组装混合超级电容器,250 mA·g-1电流密度, 0. 8~1. 86 V电位区间内进行恒流充放电性能测试,图6两种电极别组电容器充放电曲线比由图知: 50100循环周期所制备PbO2电极组电容器充放电性能都较,50周期PbO2电极组电容器放电IR降较,能电极表面所存裂缝导致其导电性,所内阻较;100周期PbO2电极组电容器放电IR降较,放电间更,说明其电极沉积物与石墨集流体接触紧密且导电性IR降放电曲线陡降部,由电容器欧姆内阻导致根据公式:

Cm比电容值,△t间差,△V电压差,m性物质质量值,计算性物质比容量由公式计算100循环周期所制备PbO2电极组电容器比容量112. 8 F·g-1, 50循环周期所制备PbO2电极组电容器比容量80.3 F·g-1所, 100循环周期条件所制备PbO2电极放电性能要优于50循环周期条件,与SEM结构水合物定程度能提高电极放电性能结论相吻合

2. 4. 2　循环寿命测试　图7用100循环周期
所制备PbO2电极作极与性碳负极组装混合超级电容器,1. 28 g·cm-3H2SO4溶液循环寿命图,电流密度500 mA·g-1,充放电电压区间0. 8~1. 86 V,由图知混合电容高比容量达96. 8 F·g-1,且经2 000深循环比容量仍能达89. 2 F·g-1,容量保持率高达92%且较稳定性由图知电容库仑效率始并高,随着充放电循环进行比较升程,经概200循环能达比较高效率,升变缓慢;极性物质二氧化铅激程,随着充放电循环进行,电解液硫酸逐渐进入二氧化铅与反应,电极深处性物质才充利用起由于负极性碳电极双电层电容性能稳定,混合超级电容性能主要决定于极二氧化铅电化性能,所库仑效率稳定升程,库仑效率总体比较高,能达85%[12, 17]

2. 4. 3　交流阻抗测试　图8用100循环周期所制备PbO2电极作极与性碳负极组装混合超级电容器路电位交流阻抗复平面图,加5 mV弦激发波,频率范围10-2~10+5Hz曲线由半圆非垂直于实部直线组,高频区阻抗代表电解质/氧化物电极界面电荷传输反应所引起阻抗Rc,t其数值通由半圆直径表达,低频区直线则溶液离氧化物电极界面扩散所引起Warburg阻抗[18]由图知混合电容器表现并非纯电容特性,电极表面存氧化原反应,电荷迁移产拉第准电容,并且扩散程控制电荷迁移反应高频曲线与实轴交点,知,该混合超级电容器溶液电阻(Warburg)约0. 86Ω,半圆半径知反应电荷迁移电阻(Rct)约2. 74Ω

3·结论
石墨板具优良导电性强搞腐蚀能力,浓硫酸种集流体材料本文利用循环伏安石墨板基底沉积PbO2薄膜电极,别采用50100循环周期制备PbO2电极,通SEMXRD研究电极表面形貌结构特性发现电极表面明显区别,前者表面现裂缝,者表面结构致密;沉积PbO2颗粒主要均β- PbO2用两种同循环周期所制备PbO2电极与性碳电极匹配组装混合超级电容器,恒流充放电比曲线说明100循环周期所制备PbO2电极放电性能要优于50循环周期,与SEM结论相吻合循环寿命测试表明混合电容器500 mA·g-1电流密度比容量达96. 8 F·g-1, 2000深循环容量保持率高达92%;交流阻抗显示电容器欧姆内阻,说明石墨板与性物质PbO2接触紧密且导电性采用循环伏安制备石墨基PbO2电极超级电容具电化性能,超级电容器领域着潜应用价值,何进步提高电容器性物质比容量继续研究重点
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8、正负极都是电沉积物质怎么组装超级电容器

循环伏安法沉积石墨基PbO2电极及其超级电容器应用
发布日期：2012-04-25
二氧化铅作为电极材料具有广泛的工业用途,如能源转换装备、有机合成以及污水处理等,其中二氧化铅作为铅酸蓄电池阳极活性物质被大量使用。铅酸蓄电池的比能量在30~40Wh/kg范围,然而比功率较小(约200~300W /kg),循环寿命差(300~500次)。采用活性碳(AC)为电极材料的超级电容具有比功率高(>1 kW /kg),循环寿命长(>100 000次)等优点[1],因此将两者结合组成复合超级电容,如PbO2/H2SO4/AC体系,成为研究热点[2]。与工业制备铅膏的铅酸电池正极相比,电化学法沉积的二氧化铅能提高阳极活性物质的利用率[3-4],且具有以下优点: (ⅰ)通过调整电化学参数可以准确地控制膜的厚度和表面形貌[5], (ⅱ)能在形状复杂的基体形成相对均一的膜, (ⅲ)有较高的沉积率。
当前文献报道[6-7],在PbO2电沉积过程中,有可溶性的反应中间体的存在,它们有可能是Pb(3价)或Pb(4价)的复杂含氧基团,Velichenko[8]等研究在硝酸溶液中电沉积PbO2发现, PbO2的电沉积过程受电子转移或Pb2+扩散限制,反应机理如下:

第一步形成可被吸附的含氧基团如OH,随后该含氧基团与Pb发生化学反应形成可溶性的反应中间体,可能含有Pb(3价),而后进一步被氧化形成PbO2。
作为复合超级电容体系的正极材料,循环伏安法沉积的石墨基PbO2具有电极厚度薄,石墨集流体在硫酸中抗腐蚀等优点,能够与活性碳负极很好匹配。本文重点研究用循环伏安法在石墨板基底上沉积PbO2薄膜电极,并与活性碳负极组装成混合超级电容器,并运用恒流充放电、循环寿命、交流阻抗等电化学方法来研究其电化学性能。
1·实验部分
1.1正负电极的制备
选用石墨板作为正极PbO2沉积的基体,将厚度为1. 055 mm,面积为1×1 cm2的石墨板用去离子水清洗干净,再在2. 5 mol·L-1NaOH中进行电化学除油(阳极电流300 mA·cm-2,时间为30min),再于1. 5 mol·L-1HNO3中浸泡10 min,去离子水洗净,烘干。采用三电极体系进行循环伏安电沉积石墨基PbO2薄膜电极,所有电化学操作均在德国ZAHNER-IM6型电化学工作站上进行。PbO2电极制备的实验装置为三电极体系(图1),处理后的石墨板作为工作电极,选用铂片电极作为对电极,饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极。本文所有电势都是相对饱和甘汞电极而言,实验操作均在(25±1)℃下进行。电镀液的组成为0. 5 mol Pb(NO3)2+1 molHNO3,循环伏安电沉积的电势扫描范围(0. 4~2. 0 )V,扫描速率为20 mV/s,循环周期分别采用50个和100个。

负极活性碳电极的制备工艺如(图2)所示。将活性碳、导电剂(乙炔黑)和添加剂进行均匀混合,添加一定量粘结剂聚四氟乙烯(PVDF),活性炭与乙炔黑、聚四氟乙烯按质量比为0. 85：0. 10：0. 05,加入适量无水乙醇搅拌均匀,进行和浆处理,涂布在钛箔集流体上制成预成型件。然后,真空干燥,在一定压力下进行压制成型,即制得一定尺寸的负极电极片。

1.2　电极材料测试
为了考察电极表面PbO2颗粒的表面形貌,用日立公司4800型扫描电子显微镜(SEM)分析了PbO2电极表面的形态和粒径。为了研究实验制备的PbO2电极的材料晶型,采用日本Rigaku D/Max-ШA型X射线衍射仪对所得样品进行XRD分析,使用Cu-Kα射线(λ=1.540 56 A)管压40 kV,管流300MV,扫描速度8°min-1,2θ扫描范围20~70°。
1.3超级电容器的组装与测试
用循环伏安法沉积制备的石墨基PbO2电极作正极,活性碳电极作负极,电解液采用1. 28 g·cm-3H2SO4溶液,多孔碳纤维纸作为隔膜,组装成混合超级电容器。并研究了其恒流充放电、循环寿命、交流阻抗等电化学特性。循环伏安(CV)测试是在德国ZAHNER ELECKTRIC公司的IM6e电化学工作站上进行的。循环寿命测试是在LAND 2000充放电测试仪上测试的。交流阻抗测试是在德国ZAHNER ELECKTRIC公司的IM6e电化学工作站上进行,在工作电极上施加一个小幅值交流信号(5mV)通过检测所得的电流信号得到复数阻抗,分析阻抗图谱可以得到我们需要的体系的信息。
2·结果与讨论
目前应用较多的电化学沉积方法通常有恒电流法、恒电压法、循环伏安法等[5, 9-11]。电化学方法沉积PbO2的过程中电极的表面形貌和结构主要受到传质过程的影响。恒电流沉积可以通过调节沉积电流大小和电镀液中活性物的浓度,减小传质限制,进而达到控制PbO2的结构[12];而恒电压沉积是通过调节沉积电压大小来控制PbO2的结构[5]。在电沉积过程中,电流密度是影响电极表面电化学反应的决定性因素,因此理论上恒电流沉积能更有效地控制沉积过程和沉积速率[13],恒电流法和恒电压法制备的PbO2电极性能进行对比,结果发现恒电流法制备的PbO2电极性能要优于恒电压法[5]。而循环伏安法沉积主要应用于制备导电聚合物,用于合成氧化物的报道非常少,可能是因为氧化物的导电性一般较差,电沉积形成一层膜后表面电阻增大,阻止了电沉积的进一步进行[14];而PbO2具有良好的导电性,能够持续发生电沉积反应,可用循环伏安法进行电沉积;但在循环伏安法制备过程中,由于电流和电压都是变化的,所以过程更为复杂。
2.1　PbO2电极的电沉积过程
循环伏安法沉积石墨基PbO2薄膜电极,在三电极体系下,在电镀液中通过恒电流/恒电位仪产生循环伏安电位差,从而使铅化物发生氧化还原变化,沉积在作为工作电极的石墨板基体上。PbO2薄膜电极的循环伏安法制备中,对工作电极来说,根据电镀液中铅化物发生反应的电极电势范围加上循环伏安电压后,在一定电压范围内,对于工作电极来说,电流为负,此时石墨板基体为阴极,电镀液中的铅化物先驱体首先发生阴极电沉积。当电压变化到使电流反向变正时,石墨板基体变为阳极,沉积的铅化物先驱体被阳极氧化到较高的氧化态。当电流再次变为负时,沉积反应又发生,如此循环, PbO2便层层沉积到石墨板基体上。石墨板基底电极在0. 5 molPb(NO3)2+1 molHNO3电镀液中,电势扫描范围为(0. 4~2. 0)V,扫描速率为20 mV/s,循环周期分别采用50个和100个,图3是石墨基底电极在电镀液中的循环伏安电沉积图。由图可知: PbO2的沉积和溶解过程都是很迅速的,在氧化和还原峰时有大的电流突跃,在正向扫描过程中,当电势达到1. 7 V时,PbO2开始凝结成核,随着电势的增加PbO2镀层不断增长,直到反向扫描电势达到1. 55 V结束。在1.5 V左右开始发生还原反应,反向扫描一直到1. 0左右才结束,呈现一个较宽的PbO2还原蜂,说明PbO2完全被还原仍然是个比较慢的过程,所以最终在石墨板基底电极上沉积的PbO2量要大于溶解的PbO2量,经过50个和100个循环周期都能形成比较好的PbO2薄膜电极。

2.2扫描电子显微镜(SEM)分析
采用循环伏安法在石墨基底上沉积PbO2涂层, 50个和100个循环周期所制备的PbO2电极扫描电子显微镜(SEM)测试照片(图4), (a)为50个周期所制备的PbO2电极, (b)为100个周期所制备的PbO2电极。不同周期沉积的膜的形貌是不同的,由图可知:50个循环周期时的沉积物颗粒大小不规则,形貌开裂,易剥落。随沉积周期的增加,到l00个循环后电极表面的裂缝不再可见,表面呈凝胶状。

由凝胶可知电极表面可能既有二氧化铅晶体,又有二氧化铅结构水合物,其分子式为PbO(OH)2,形成1个晶体一凝胶体系。由于

平衡反应的进行,整个体系的凝胶密度能维持在临界值之上,从而电子导电率和质子导电率均较高。在此结构上,质子和电子放电机理为[15]:

即等量的电子和质子进入二氧化铅(包括未水化的晶体及水化的无定形相),因此结构水合物电极的反应速率以及电化学活性由电子和质子在其中的输送速率控制,结构水合物在一定程度上能提高电极的放电性能。
2.3　X-射线衍射(XRD)分析
为了进一步确定电极表面的晶相组成,实验还对电极进行了XRD测试,结果(图5)所示。采用循环伏安法制备的电极衍射谱图相对比较复杂。由图可知: 100个循环周期所制备的电极中同时存在PbO2、石墨(graphite)和Pb(NO3)2,谱图中有一个graphite很强的特征衍射峰,这应该是由于石墨板(graphite substrate)作为PbO2电极的集流体, PbO2沉积其上而活性物质之间又有间隙,所以在测试时会出现集流体石墨板的衍射峰;谱图中有几个Pb(NO3)2的特征衍射峰但衍射峰的强度不大,可知其在电极中含量不大,这是由于电沉积过程是发生在Pb(NO3)2的电镀液中,而且PbO2电极表面因吸附质子带正电荷,电荷平衡原理使得NO-3极易吸附在电极表面,大量的蒸馏水清洗电极表面也不可能全部除去表面的负电荷,因此PbO2电极的内部结构中存在少量的Pb(NO3)2。谱图中有较多四方结构的β- PbO2的特征衍射峰,可知其是电极的主要成分。而对比发现50个循环周期所制备的电极中的主要成分也是β- PbO2,和100个循环周期所制备的电极主要成分相差不大,说明100个循环周期所制备电极表面的二氧化铅结构水合物凝胶并不能产生相应的特征衍射峰。恒电流法沉积制备的电极材料是α- PbO2和β- PbO2的混合物,α- PbO2的含量随着沉积电流的减小而减小,当电流密度减小为1 mA·cm-1时, PbO2电极中仅含有β-PbO2[12];恒电压法沉积得到的电极也是α- PbO2和β- PbO2的混合物[5];循环伏安法沉积是一个很复杂的过程,而就电化学性能而言,α-PbO2在结构方面比β-PbO2更加紧密,在样品中起到使颗粒之间更好的电子接触传递作用,但是正是这样的紧密结构使得α-PbO2在放电性能方面远不如β-PbO2,β-PbO2在PbO2/AC混合超级电容器中比α-PbO2具有更好的电化学活性[12, 16],所以通过循环伏安法沉积可以得到电化学活性较好的电极材料。

2.4　PbO2/活性碳混合超级电容器的性能研究
2. 4. 1恒流充放电性能研究　将采用50个和100个循环周期所分别制备的PbO2薄膜电极作正极,活性碳电极作负极, 1. 28 g·cm-3H2SO4溶液作电解液组装成混合超级电容器,在250 mA·g-1电流密度下, 0. 8~1. 86 V电位区间内进行恒流充放电性能测试,图6为这两种电极分别组成的电容器的充放电曲线对比。由图可知: 50个和100个循环周期所制备的PbO2电极组成电容器的充放电性能都较好,但50个周期的PbO2电极组成电容器的放电IR降较大,这可能是因为电极表面所存在的裂缝导致其导电性不好,所以内阻较大;而100个周期的PbO2电极组成电容器的放电IR降较小,放电时间更长,说明其电极沉积物与石墨集流体的接触紧密且导电性好。IR降是放电曲线陡然下降的部分,是由电容器欧姆内阻导致的。根据公式:

Cm为比电容值,△t为时间差,△V为电压差,m为活性物质质量值,可以计算出活性物质的比容量。由公式计算得出100个循环周期所制备的PbO2电极组成电容器的比容量为112. 8 F·g-1, 50个循环周期所制备的PbO2电极组成电容器的比容量为80.3 F·g-1。所以, 100个循环周期条件下所制备PbO2电极的放电性能要优于50个循环周期条件,与SEM中得出结构水合物在一定程度上能提高电极的放电性能的结论相吻合。

2. 4. 2　循环寿命测试　图7为用100个循环周期
所制备的PbO2电极作正极与活性碳负极组装成混合超级电容器,在1. 28 g·cm-3H2SO4溶液中的循环寿命图,电流密度为500 mA·g-1,充放电电压区间为0. 8~1. 86 V,由图可知混合电容的最高比容量可达96. 8 F·g-1,而且经过2 000多次的深循环比容量仍能达到89. 2 F·g-1,容量保持率高达92%以上且有较好的稳定性。由图中可知电容的库仑效率开始并不高,随着充放电循环的进行有一个比较大的上升过程,经过大概200多次循环能达一个比较高的效率,之后上升变缓慢;这是因为正极活性物质二氧化铅有一个被激活的过程,随着充放电循环的进行,电解液硫酸逐渐进入到二氧化铅中与之反应,电极深处的活性物质才被充分利用起来。由于负极活性碳电极为双电层电容性能稳定,而混合超级电容的性能主要决定于正极二氧化铅的电化学性能,所以库仑效率有一个稳定上升的过程,库仑效率总体比较高,能达85%以上[12, 17]。

2. 4. 3　交流阻抗法测试　图8是用100个循环周期所制备的PbO2电极作正极与活性碳负极组装成混合超级电容器在开路电位时的交流阻抗复平面图,加一个5 mV的正弦激发波,频率范围为10-2~10+5Hz。曲线由一小半圆和一非垂直于实部的直线组成,高频区的阻抗代表电解质/氧化物电极界面的电荷传输反应所引起的阻抗Rc,t其数值通常由半圆直径表达出来,低频区的直线则是溶液中离子在氧化物电极界面扩散所引起的Warburg阻抗[18]。由图可知混合电容器表现的并非纯电容特性,在电极表面存在氧化还原反应,电荷迁移产生法拉第准电容,并且扩散过程控制电荷迁移反应。从高频曲线与实轴的交点,可以得知,该混合超级电容器的溶液电阻(Warburg)大约为0. 86Ω,小半圆的半径大小可知反应中电荷迁移电阻(Rct)大约为2. 74Ω。

3·结论
石墨板具有优良的导电性和很强的搞腐蚀能力,在浓硫酸中是一种很好的集流体材料。本文利用循环伏安法在石墨板基底上沉积PbO2薄膜电极,分别采用50和100个循环周期制备PbO2电极,通过SEM和XRD研究了电极的表面形貌和结构特性。发现电极的表面有明显的区别,前者表面出现裂缝,而后者表面结构致密;沉积的PbO2颗粒主要成分均是β- PbO2。用这两种不同循环周期所制备的PbO2电极与活性碳电极匹配组装成混合超级电容器,恒流充放电对比曲线说明了100个循环周期所制备PbO2电极的放电性能要优于50个循环周期的,这与SEM中得出的结论相吻合。循环寿命测试表明混合电容器在500 mA·g-1电流密度下比容量可达96. 8 F·g-1, 2000多次深循环后容量保持率高达92%以上;交流阻抗显示电容器的欧姆内阻很小,说明石墨板与活性物质PbO2接触很紧密且导电性好。采用循环伏安法制备的石墨基PbO2电极在超级电容中具有很好的电化学性能,在超级电容器领域之中有着潜在的应用价值,如何进一步提高电容器活性物质的比容量成为继续研究的重点。

9、SEM、TEM、TG、XRD、AFM、红外光谱，这几个分别是测什么的？

测什么百度一下吧，应该都有详细的测试原理及项目。

区别应该是 SEM和TEM和AFM，越来越高级，放大倍数越来越高。XRD和红外光谱这两个是没什么关系的，xrd是测试晶体结构的，可以测试晶体结构的，对于可以看出你的材料是什么。红外是靠红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴别未知液态水的红外光谱物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与化学基团的含量有关，可用于进行定量分析和纯度鉴定。l红外主要用于有机化合物的结构鉴定在有机化学、生物化学、药物学、环境科学等许多领域。