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使用阴极发光观察岩石中的缺陷

阴极发光通常用于预筛选地质样本,并与其他扫描电镜技术结合使用以进行深入研究。阴极发光成像的多种模式可以提供许多有关岩石结构的信息,其中包括岩石的缺陷。那么在晶体中可以观察到哪些类型的缺陷,以及如何检测到它们呢?

当高能电子束穿透地质材料达到一定深度时(根据电子束的能量而变小或变大),我们就可以观察到阴极发光。通常,岩石是绝缘体,其宽带隙在5到15 eV之间。这意味着岩石中的直接过渡会发射出DUV或EUV,而通常我们也可以观察到由缺陷状态引起的可见光发射出来。缺陷状态位于基态和激发态之间,形成中间状态。因为缺陷状态能够导致发射从DUV或EUV转移到可见范围的发射,所以岩石的缺陷状态在其阴极发光的研究中起到重要作用。

晶体中有许多不同类型的缺陷,有些缺陷具有非常明显的阴极发光特征,因此十分有助于我们在岩石材料中识别它们。缺陷分为内在缺陷和外在缺陷。内在缺陷状态包括:

  • 空位,当矿物的晶格中缺少原子时发生
  • 间隙,当原子位于晶格中的错误位置时发生
  • 晶体结构中的位错
  • 生长引起的缺陷
  • 由损坏引起的缺陷,例如应力、加热压缩、构造运动或放射性衰变
    * 这些缺陷中的全部或几种可以同时存在于晶体结构中,并且可以相互连接。

外在缺陷不是矿物所固有的,包括了:

  • 外来杂质
  • 稀土(Eur,Yb,Nd)
  • 过渡金属(Mn,Fe,Cr,Ti)
  • 敏化剂
  • 淬灭剂

在解释数据时,值得要注意的是岩石中可能存在会影响阴极发光的发射的内在和外在缺陷的组合。

不同的阴极发光模式可用于获取有关不同的地质材料信息。 阴极发光强度映射是一种快速(通常为视频速率)的技术,它允许使用单个像素检测器从每个点收集阴极发光,可用于锆石(一种通常用于地质定年的矿物)研究中。 阴极发光允许观察与晶体生长和缺陷演变有关的区域和带隙,通常我们使用阴极发光选择最感兴趣的晶体部位,作为进行质谱研究的预筛选步骤。

高光谱成像或光谱模式可用于测量不同激发位置的完整阴极发光光谱。该模式可以观察材料中区域或带隙的边界,并提供每个带隙上的光谱数据。光谱中的特征峰能够确定内在缺陷和外在缺陷,并鉴定其中存在的元素。

总而言之,阴极发光是一项可以应用于识别岩石材料的缺陷和其他部分的十分强大的技术。如果您想进一步了解用于地质材料的阴极发光成像,欢迎观看我们最近的网络研讨会。

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样本和图像来源:Bjørgunn H. Dalslåen and Siri Simonsen (奥斯陆大学)

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Vera Lanskaya