2016, 53(6):1444-1451.DOI: 10.11766/trxb201605190254
摘要:采用原位原子力显微镜智能模式初步观察了弱酸性土壤腐殖酸分子在层状硅酸盐含钾矿物黑云母表面的吸附动态和形貌变化。采用纯化、干燥后的腐殖酸固体样品配制pH 6.0，浓度分别为0 mg L-1、100 mg L-1和1000 mg L-1的腐殖酸溶液。原位观察所用的矿物薄片为土壤中常见的2:1型含钾矿物—黑云母，其化学结构式为K(Mg2.46Fe0.45Ti0.09)[AlSi3O10](OH) 2。结果表明，时间尺度是影响界面上腐殖酸形貌结构的一个重要因素。在通入pH 6.0的腐殖酸溶液作用下，原位反应0～180 min内，腐殖酸分子与黑云母（001）面的相互作用以吸附为主并伴随脱附现象，吸附的腐殖酸呈球状，为单个或多个腐殖酸分子的聚集体，高度介于1～5 nm之间；原位反应180～300 min内，黑云母（001）面上吸附的腐殖酸仍以颗粒态为主，高度介于3～5 nm之间，平均为4 nm；而黑云母（001）面上的台阶和边缘位置则分布有较多的片状结构以及黑云母线型边缘诱导产生的链状结构腐殖酸聚集体，其高度介于6～8 nm，较颗粒态腐殖酸的聚集体平均高出约2.5 nm。此外，腐殖酸分子不仅能够在黑云母表面进行吸附和脱附作用，还能够溶解黑云母的表面结构，促进层间K及结构单元内Al和Si的释放。因此，腐殖酸与云母类矿物的界面反应是一个溶解—吸附—聚集并伴随着脱附和离子释放的过程。
2015, 52(2):329-335.DOI: 10.11766/trxb201406160286
摘要:采用离位培养法，结合原子力显微镜的接触成像和相位成像模式研究层状硅酸盐含钾矿物黑云母在根际环境条件下的表面溶解现象和矿物微结构转化过程。结果表明，在pH 4.0的弱酸水溶液中反应24 h时，黑云母（001）面上有微型蚀坑出现，其深度介于0.1～0.9 nm之间，表面变得比较粗糙；反应96 h时，黑云母（001）面上蚀坑较为明显，但仅占总表面的4.8%，蚀坑的深度平均为0.957 nm；反应140 h时，黑云母（001）面上有不稳定的覆盖物沉积，阻碍表层溶解过程的持续进行。在pH 4.0的柠檬酸溶液中，经过24 h培养，（001）面上有大量的蚀坑出现，单层溶解现象明显；48 h时，表面台阶溶解速率显著提高，溶解面积可达总表面的48.7%；140 h时，（001）面上有圆形状胀裂发生，表层（高度，1～2 nm）发生破裂、产生较多的黑云母碎片，溶解速率进一步提高。随着柠檬酸溶液中Na+浓度的增加，表层溶解速率增强，（001）面上也有次生覆盖物沉积。同时，界面上Na -K 交换作用加剧，表层结构（高度，2～10 nm）胀裂现象更加明显。随着反应时间的延长，140 h时，黑云母（001）面的深层结构（深度，～20 nm）亦逐渐隆起并引起周边区域产生裂缝（深度，0.1～1.9 nm），最终导致表层微结构区域水化，形成水化云母（伊利石）。
2014, 51(5):1027-1034.DOI: 10.11766/trxb201401170036
摘要:采用原位直接成像法（In situ atomic force microscopy）研究层状硅酸盐含钾矿物黑云母与低分子量有机酸的界面反应。结果表明，在近分子尺度下，黑云母具有典型的层状结构单元，高度约1 nm。天然黑云母片（001）面并非完全解理，其上既有台阶也有残片、碎片和蚀坑。在pH 6.0的柠檬酸盐溶液作用下，0～45 min内，黑云母（001）面上的台阶以0.01 μm2 min-1的恒定速率溶解，之后溶解速率降低；表面原有蚀坑边缘变模糊，但面积没有明显变化，同时（001）面上也没有新的蚀坑形成。通入pH 4.0柠檬酸盐溶液，经过89 min的反应，大量无规则形状的蚀坑产生并散乱分布于（001）面上，深度以0.7～1.1 nm为主；另外表面上还有诸多微型蚀坑正在形成并逐渐扩展为较大的蚀坑。结合水－矿物界面反应理论可知，弱酸环境条件下，黑云母溶解从表面的缺陷/扭折位点开始，以单层（TOT）溶解为主，沿着[hk0]方向发展并伴随着层间K和晶格中Si、Al、Mg和Fe的释放。本研究结果表明原位直接成像技术能够弥补常温常压条件下宏观研究技术的不足、通过可视化来实时表征层状硅酸盐矿物-水溶液的界面反应过程。另外，原子力显微镜技术对其他领域的界面研究同样具有较高的借鉴意义。
2004, 41(6):976-977.DOI: 10.11766/trxb200309060622
摘要:吸附行为是土壤中最常见、最重要的物理、化学现象之一.已有研究主要涉及土壤及不同组分对离子吸附容量的大小、吸附形态、吸附动力学等.由于测试手段的限制,关于被吸附态离子在土壤固相表面的形貌少有报道.随着表面测试技术及纳米技术的发展,原子力显微镜(AFM)被应用到土壤学领域.此技术是通过测量物体表面和挠性针尖之间的原子力来绘出表面图像.AFM是扫描隧道电镜(STM)的主要拓展,但与STM不同,AFM不仅能观测导体与非导体物质表面结构,还可研究物质表面微观的反应过程[1,2].
1994, 31(2):220-223.
摘要:辽宁省农田土壤缺钾日益明显,施用钾肥已迫眉睫。黑云母是典型的2:1型含钾矿物,本身存在着供钾能力及其施人土壤后的无害性。国外40年代早有研究和应用的报道,国内无此资料,为此立题研究。现将部分模拟、生物测定结果整理如下。