掃一掃
關注中圖網
官方微博
本類五星書更多>
-
>
公路車寶典(ZINN的公路車維修與保養秘籍)
-
>
晶體管電路設計(下)
-
>
基于個性化設計策略的智能交通系統關鍵技術
-
>
花樣百出:貴州少數民族圖案填色
-
>
山東教育出版社有限公司技術轉移與技術創新歷史叢書中國高等技術教育的蘇化(1949—1961)以北京地區為中心
-
>
鐵路機車概要.交流傳動內燃.電力機車
-
>
利維坦的道德困境:早期現代政治哲學的問題與脈絡
計算礦物學 版權信息
- ISBN：9787030692511
- 條形碼：9787030692511 ; 978-7-03-069251-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
計算礦物學 內容簡介
計算礦物學屬于一門交叉學科，其建立和發展依賴于物理學和計算機學的進步。不同于實驗礦物學從測試結論反推理論模型，計算礦物學可根據已知礦物模型計算理論模型的**理論值，或預研推測未知模型及其相應參數。目前，國內外計算礦物學的相關論文很多，但其發展仍滯后于實驗礦物學。考慮到礦物學、地質學和地球物理化學等相關從業人員的物理學和計算機知識背景，本書對計算礦物學中三類模擬尺度（納觀-微觀、微觀-介觀和介觀-宏觀）的主流模擬技術進行評述，弱化物理學理論敘述、公式推導和程序編寫等內容，重點歸納多尺度理論模擬方法的基本思想、原理和數據分析方法，并列舉部分實例進行說明。
計算礦物學 目錄
目錄
第1章 礦物學 1
1.1 礦物學概述 1
1.1.1 起源與發展 1
1.1.2 分支學科 3
1.2 礦物概述 5
1.2.1 礦物命名 5
1.2.2 天然礦物分類 6
1.2.3 應用礦物分類 9
1.3 礦物學應用領域 11
1.3.1 光學礦物材料應用 11
1.3.2 電學礦物材料應用 12
1.3.3 熱學礦物材料應用 13
1.3.4 力學礦物材料應用 14
1.3.5 磁學礦物材料應用 14
1.3.6 核科學礦物材料應用 14
1.3.7 寶石 15
1.3.8 環保 15
1.3.9 農業礦物 16
1.3.10 藥用礦物 17
1.4 礦物學實驗研究方法 17
1.4.1 粒度和孔道測試 17
1.4.2 形貌測試 18
1.4.3 結構測試 21
1.4.4 結合鍵測試 23
1.4.5 元素測試 26
1.4.6 自由基測試 30
1.4.7 熱學測試 31
1.4.8 光學測試 32
1.4.9 電學測試 35
1.4.10 磁學測試 37
1.4.11 力學測試 38
參考文獻 39
第2章 計算方法概述 42
2.1 計算研究的起源、發展與現狀 42
2.2 計算方法分類 44
2.3 密度泛函理論的起源和發展概述 45
2.4 密度泛函理論模擬的基本思想 50
2.4.1 經典理論 50
2.4.2 Hohenberg-Kohn定理 50
2.4.3 Kohn-Sham方程 51
2.4.4 交換關聯相關項 51
2.4.5 緊束縛近似 53
2.5 分子動力學的起源和發展概述 53
2.6 分子動力學模擬的基本思想 55
2.6.1 經典理論 55
2.6.2 初始體系的設置 55
2.6.3 力的計算方法 56
2.6.4 運動方程數值求解 58
2.6.5 勢函數(力場)的適用性 59
2.6.6 系綜原理 60
2.6.7 CPMD方法簡介 62
2.7 蒙特卡羅法的起源和發展概述 63
2.8 蒙特卡羅模擬的基本思想 64
2.8.1 經典理論 64
2.8.2 隨機行走 66
2.8.3 統計物理思想 66
2.8.4 權重蒙特卡羅積分法 67
2.8.5 能量模型 69
2.9 過渡態理論的起源和發展概述 70
2.10 過渡態理論的基本思想 71
2.10.1 經典理論 71
2.10.2 過渡態理論 72
2.10.3 變分過渡態理論 74
2.10.4 微正則變分過渡態理論 75
2.11 微觀-介觀尺度動力學模擬概述 76
2.12 粗粒化分子動力學 78
2.12.1 經典理論 78
2.12.2 方法分類 79
2.13 耗散粒子動力學 80
2.13.1 經典理論 80
2.13.2 方法分類 81
2.14 元胞自動機 83
2.14.1 經典理論 83
2.14.2 方法分類 84
2.15 介觀-宏觀尺度的模擬概述 85
2.16 有限元理論 85
2.16.1 有限元理論的起源和發展概述 85
2.16.2 有限元理論的基本思想 87
2.16.3 有限差分法 89
2.16.4 方法分類 89
2.17 人工神經網絡技術 90
2.17.1 人工神經網絡技術的起源和發展概述 90
2.17.2 人工神經網絡技術的基本思想 91
2.17.3 方法分類 91
參考文獻 92
第3章 礦物晶格結構的模擬 97
3.1 礦物晶格的能量 97
3.2 礦物晶格的動力學靜態性能 98
3.2.1 溫度影響 98
3.2.2 能量影響 99
3.2.3 壓力影響 100
3.3 礦物晶格的動力學徑向分布函數和靜態結構因子 100
3.3.1 徑向分布函數 100
3.3.2 靜態結構因子 101
3.4 礦物晶格賦存元素模擬的經典蒙特卡羅法 101
3.4.1 附著位置和附著能 101
3.4.2 溫度和壓力影響平均附著量 103
3.4.3 礦物晶格賦存元素的模擬實例 103
參考文獻 106
第4章 礦物晶格的光電特性模擬 108
4.1 礦物晶格的電子轉移過程 108
4.1.1 Mulliken布居分布 108
4.1.2 前線軌道 109
4.1.3 電子能級和有效電子/空穴 110
4.1.4 能態密度 111
4.2 礦物晶格的光電特性 113
4.2.1 能隙和吸收波長的關系 113
4.2.2 介質折射指數 114
4.3 礦物晶格光電特性的模擬實例 115
參考文獻 118
第5章 礦物晶格內的物質傳輸模擬 121
5.1 礦物晶格分子動力學的動態性能 121
5.1.1 關聯函數 121
5.1.2 輸運性質 121
5.2 礦物晶格內小分子的擴散 122
5.2.1 礦物晶格內的自由體積 122
5.2.2 經典的愛因斯坦擴散 123
5.2.3 非愛因斯坦擴散 124
5.3 往返式擴散數據分析方法 125
5.3.1 聚類法分析小分子的擴散系數 125
5.3.2 擴散率與滲透率的擬合法 125
5.3.3 自由體積賦存小分子的擴散與聚類分析模擬實例 126
參考文獻 130
第6章 礦物-小分子的表面化學反應和界面電子轉移 132
6.1 礦物表/界面模擬方法簡介 132
6.2 礦物表面賦存小分子的模擬 133
6.2.1 礦物表面的建模方法 133
6.2.2 礦物表面賦存離子或小分子的建模方法 134
6.2.3 礦物表面賦存小分子的模擬方法 135
6.3 礦物表面賦存小分子的模擬實例 137
6.3.1 礦物表面賦存多肽小分子電子轉移的MD模擬實例 137
6.3.2 礦物表面賦存多肽小分子電子轉移的GCMC-MD-DFT模擬實例 140
6.3.3 礦物表面賦存有機小分子的TST-DFT模擬實例 143
6.3.4 礦物表面賦存有機小分子的MD-DFT-2D-CA模擬實例 146
6.4 礦物界面賦存小分子的建模 149
6.4.1 無機復合礦物界面的建模方法 149
6.4.2 礦物-小分子界面的建模方法 150
6.4.3 礦物界面建模實例 151
6.5 多尺度模擬聯用技術在礦物界面電子轉移過程中的應用 153
6.5.1 礦物界面電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬實例 153
6.5.2 礦物界面賦存小分子電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬 156
6.5.3 礦物層間賦存小分子電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬 164
參考文獻 167
第7章 礦物溶解、結晶和生長過程的模擬 170
7.1 礦物表面溶質的分布模擬 170
7.1.1 礦物表面溶質的概率分布與表界面偏析 170
7.1.2 礦物表面溶質的動態概率分布 171
7.1.3 礦物賦存溶質的概率分布模擬實例 171
7.2 礦物溶解與有機小分子誘導相變作用的模擬 174
7.2.1 有機小分子溶解礦物過程的模擬 174
7.2.2 有機小分子團簇表面礦物分子的GCMC-MD-DFT模擬實例 175
7.2.3 細菌代謝有機小分子浸出礦物內稀土元素的模擬與實驗實例 180
7.3 礦物溶解與微量元素誘導相變作用的模擬 183
7.3.1 能態密度的定量分析方法：二維相關數據分析法 183
7.3.2 微量元素誘導礦物相變過程實例 186
7.3.3 微量元素遷移誘導礦物相變過程實例 191
7.4 礦物溶解的動力學和靜力學 194
7.4.1 礦物顆粒聚集和流動過程的耗散粒子動力學模擬 194
7.4.2 礦物孔隙內的小分子流動和礦物溶解模擬 195
7.4.3 礦物靜力學和動力學模擬 196
7.5 礦物結晶-生長過程和宏觀數據模擬 196
7.5.1 礦物結晶過程的粗粒化模擬 196
7.5.2 礦物生長的元胞自動機模擬 197
7.5.3 宏觀數據的人工神經網絡技術模擬 197
參考文獻 198
附錄 201
第1章 礦物學 1
1.1 礦物學概述 1
1.1.1 起源與發展 1
1.1.2 分支學科 3
1.2 礦物概述 5
1.2.1 礦物命名 5
1.2.2 天然礦物分類 6
1.2.3 應用礦物分類 9
1.3 礦物學應用領域 11
1.3.1 光學礦物材料應用 11
1.3.2 電學礦物材料應用 12
1.3.3 熱學礦物材料應用 13
1.3.4 力學礦物材料應用 14
1.3.5 磁學礦物材料應用 14
1.3.6 核科學礦物材料應用 14
1.3.7 寶石 15
1.3.8 環保 15
1.3.9 農業礦物 16
1.3.10 藥用礦物 17
1.4 礦物學實驗研究方法 17
1.4.1 粒度和孔道測試 17
1.4.2 形貌測試 18
1.4.3 結構測試 21
1.4.4 結合鍵測試 23
1.4.5 元素測試 26
1.4.6 自由基測試 30
1.4.7 熱學測試 31
1.4.8 光學測試 32
1.4.9 電學測試 35
1.4.10 磁學測試 37
1.4.11 力學測試 38
參考文獻 39
第2章 計算方法概述 42
2.1 計算研究的起源、發展與現狀 42
2.2 計算方法分類 44
2.3 密度泛函理論的起源和發展概述 45
2.4 密度泛函理論模擬的基本思想 50
2.4.1 經典理論 50
2.4.2 Hohenberg-Kohn定理 50
2.4.3 Kohn-Sham方程 51
2.4.4 交換關聯相關項 51
2.4.5 緊束縛近似 53
2.5 分子動力學的起源和發展概述 53
2.6 分子動力學模擬的基本思想 55
2.6.1 經典理論 55
2.6.2 初始體系的設置 55
2.6.3 力的計算方法 56
2.6.4 運動方程數值求解 58
2.6.5 勢函數(力場)的適用性 59
2.6.6 系綜原理 60
2.6.7 CPMD方法簡介 62
2.7 蒙特卡羅法的起源和發展概述 63
2.8 蒙特卡羅模擬的基本思想 64
2.8.1 經典理論 64
2.8.2 隨機行走 66
2.8.3 統計物理思想 66
2.8.4 權重蒙特卡羅積分法 67
2.8.5 能量模型 69
2.9 過渡態理論的起源和發展概述 70
2.10 過渡態理論的基本思想 71
2.10.1 經典理論 71
2.10.2 過渡態理論 72
2.10.3 變分過渡態理論 74
2.10.4 微正則變分過渡態理論 75
2.11 微觀-介觀尺度動力學模擬概述 76
2.12 粗粒化分子動力學 78
2.12.1 經典理論 78
2.12.2 方法分類 79
2.13 耗散粒子動力學 80
2.13.1 經典理論 80
2.13.2 方法分類 81
2.14 元胞自動機 83
2.14.1 經典理論 83
2.14.2 方法分類 84
2.15 介觀-宏觀尺度的模擬概述 85
2.16 有限元理論 85
2.16.1 有限元理論的起源和發展概述 85
2.16.2 有限元理論的基本思想 87
2.16.3 有限差分法 89
2.16.4 方法分類 89
2.17 人工神經網絡技術 90
2.17.1 人工神經網絡技術的起源和發展概述 90
2.17.2 人工神經網絡技術的基本思想 91
2.17.3 方法分類 91
參考文獻 92
第3章 礦物晶格結構的模擬 97
3.1 礦物晶格的能量 97
3.2 礦物晶格的動力學靜態性能 98
3.2.1 溫度影響 98
3.2.2 能量影響 99
3.2.3 壓力影響 100
3.3 礦物晶格的動力學徑向分布函數和靜態結構因子 100
3.3.1 徑向分布函數 100
3.3.2 靜態結構因子 101
3.4 礦物晶格賦存元素模擬的經典蒙特卡羅法 101
3.4.1 附著位置和附著能 101
3.4.2 溫度和壓力影響平均附著量 103
3.4.3 礦物晶格賦存元素的模擬實例 103
參考文獻 106
第4章 礦物晶格的光電特性模擬 108
4.1 礦物晶格的電子轉移過程 108
4.1.1 Mulliken布居分布 108
4.1.2 前線軌道 109
4.1.3 電子能級和有效電子/空穴 110
4.1.4 能態密度 111
4.2 礦物晶格的光電特性 113
4.2.1 能隙和吸收波長的關系 113
4.2.2 介質折射指數 114
4.3 礦物晶格光電特性的模擬實例 115
參考文獻 118
第5章 礦物晶格內的物質傳輸模擬 121
5.1 礦物晶格分子動力學的動態性能 121
5.1.1 關聯函數 121
5.1.2 輸運性質 121
5.2 礦物晶格內小分子的擴散 122
5.2.1 礦物晶格內的自由體積 122
5.2.2 經典的愛因斯坦擴散 123
5.2.3 非愛因斯坦擴散 124
5.3 往返式擴散數據分析方法 125
5.3.1 聚類法分析小分子的擴散系數 125
5.3.2 擴散率與滲透率的擬合法 125
5.3.3 自由體積賦存小分子的擴散與聚類分析模擬實例 126
參考文獻 130
第6章 礦物-小分子的表面化學反應和界面電子轉移 132
6.1 礦物表/界面模擬方法簡介 132
6.2 礦物表面賦存小分子的模擬 133
6.2.1 礦物表面的建模方法 133
6.2.2 礦物表面賦存離子或小分子的建模方法 134
6.2.3 礦物表面賦存小分子的模擬方法 135
6.3 礦物表面賦存小分子的模擬實例 137
6.3.1 礦物表面賦存多肽小分子電子轉移的MD模擬實例 137
6.3.2 礦物表面賦存多肽小分子電子轉移的GCMC-MD-DFT模擬實例 140
6.3.3 礦物表面賦存有機小分子的TST-DFT模擬實例 143
6.3.4 礦物表面賦存有機小分子的MD-DFT-2D-CA模擬實例 146
6.4 礦物界面賦存小分子的建模 149
6.4.1 無機復合礦物界面的建模方法 149
6.4.2 礦物-小分子界面的建模方法 150
6.4.3 礦物界面建模實例 151
6.5 多尺度模擬聯用技術在礦物界面電子轉移過程中的應用 153
6.5.1 礦物界面電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬實例 153
6.5.2 礦物界面賦存小分子電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬 156
6.5.3 礦物層間賦存小分子電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬 164
參考文獻 167
第7章 礦物溶解、結晶和生長過程的模擬 170
7.1 礦物表面溶質的分布模擬 170
7.1.1 礦物表面溶質的概率分布與表界面偏析 170
7.1.2 礦物表面溶質的動態概率分布 171
7.1.3 礦物賦存溶質的概率分布模擬實例 171
7.2 礦物溶解與有機小分子誘導相變作用的模擬 174
7.2.1 有機小分子溶解礦物過程的模擬 174
7.2.2 有機小分子團簇表面礦物分子的GCMC-MD-DFT模擬實例 175
7.2.3 細菌代謝有機小分子浸出礦物內稀土元素的模擬與實驗實例 180
7.3 礦物溶解與微量元素誘導相變作用的模擬 183
7.3.1 能態密度的定量分析方法：二維相關數據分析法 183
7.3.2 微量元素誘導礦物相變過程實例 186
7.3.3 微量元素遷移誘導礦物相變過程實例 191
7.4 礦物溶解的動力學和靜力學 194
7.4.1 礦物顆粒聚集和流動過程的耗散粒子動力學模擬 194
7.4.2 礦物孔隙內的小分子流動和礦物溶解模擬 195
7.4.3 礦物靜力學和動力學模擬 196
7.5 礦物結晶-生長過程和宏觀數據模擬 196
7.5.1 礦物結晶過程的粗粒化模擬 196
7.5.2 礦物生長的元胞自動機模擬 197
7.5.3 宏觀數據的人工神經網絡技術模擬 197
參考文獻 198
附錄 201
展開全部
計算礦物學 節選
第1章 礦物學 1.1 礦物學概述 1.1.1 起源與發展 礦物學是研究礦物化學成分、晶體結構、形態、性質、成因、產狀、共生組合、變化條件、時間與空間上的分布規律、形成與演化的歷史、用途、相互關系的一門學科，是地質學的二級分支學科之一。目前，礦物學的發展共大致經歷了六個階段(圖1.1)：起源階段、萌芽階段、描述礦物階段、宏觀研究進入微觀研究階段、現代礦物學階段、礦物學交叉學科與大數據階段。 圖1.1 礦物學發展歷程圖 1. 起源階段 根據人類現有的知識體系，大量的礦物已出現在“宇宙形成-地球形成-生命起源-生命演化-人類出現”的各個階段；但人類參與這部分研究的起步時間較晚且研究內容較為零碎，常通過考古學、地幔科學、極端條件實驗反推法等進行研究。隨著交叉學科的發展，越來越多的研究證實了起源階段中礦物的不可替代作用。例如，2019年，魯安懷教授在美國科學院院報(Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS)上發表了地表礦物膜系統轉化太陽能和生物化學能的“礦物光合作用”研究內容，提出了生命起源新的研究方向[1]。此外，起源階段的研究內容也關聯著礦物學后續發展中的各個階段，并且隨著近代外太空研究技術的進步，該研究內容拓展到了其他星球的起源與演變、尋找和改造人類宜居星球等領域。 2. 萌芽階段 根據考古學和史書(戰國～西漢初的《山海經》)可證實，人類從石器時代開始就利用多種礦物(如石英、蛋白石、玉石、黏土等)制作工具、武器、飾品和藥物等。之后，人類逐漸認知了若干金屬礦石，人類歷史過渡到了銅器和鐵器時代。我國西漢中期，只記述了個別礦物，沒有具體分類。古希臘學者亞里士多德的學生泰奧弗拉斯托斯撰寫了《石頭論》，把礦物分成金屬、石頭和土三類。1530年，“礦物學之父”—德國的G. Agricola醫生從礦渣中熔煉出硫化銻，并出版了《銻：或是關于礦業的對話》。1556年，他的遺作《冶金學》被譽為西方礦物學的“開山之作”，該書幾乎涵蓋了所有礦物與巖石種類的描述；同時代我國的李時珍在《本草綱目》(1578年)中描述了38種藥用礦物[2]。 3. 描述礦物階段 18～19世紀，礦物學雛形逐步形成，并建立了研究內容和研究方法，形成了一門學科。1814年，瑞典化學家J.J. Brezelius采用元素和化學式概念描述了大量礦物的化學成分，并進行了初級分類。1819年，德國化學家E. Mitscherlich提出了類質同象與同質多象的原始概念，形成了礦物學研究的化學學派[3]。 4. 宏觀研究進入微觀研究階段 隨著礦物學宏觀體系的逐漸完善，傳統礦物學與物理光學出現了交叉點，物理研究手段將礦物學進一步推向了微觀研究階段。1857年，英國地質學家H. C. Sorby將偏光裝置加入顯微鏡，將研究者的視野拓展到微觀結構領域。1912年，德國的M. von Laue開創了用X射線衍射實驗標定晶體結構的先河，使礦物學研究進入微觀結構研究的新階段，逐步形成了以微觀成分和結構為基礎的結晶學派，即建立了結構礦物學的雛形。同時伴隨著群論和結晶學等學科的發展，礦物學研究轉入了描述礦物空間結構的階段[4]。 5. 現代礦物學階段 20世紀中期以來，隨著物理學理論與實驗手段的提升，礦物學進一步地引入了固體物理、量子化學、電子顯微鏡等技術，從更為微觀的原子、電子、光譜等角度深度詮釋了礦物的物理性能，形成了礦物物理學[5]。同時，隨著科學技術爆發式的發展和科研從業人員數量的增長，不同學科與礦物學的融合速度加快，出現了成因礦物學(礦物學-地質學)、光性礦物學(礦物學-光學)、礦物材料學(礦物學-材料學-合成化學)、礦物形貌學(礦物學-電鏡技術科學)、地幔礦物學(礦物學-考古學-高溫高壓技術科學)、行星礦物學(礦物學-行星科學)等多個分支學科[6， 7]。 6. 礦物學交叉學科與大數據階段 現階段，隨著計算機與人工智能技術的發展，礦物學已開始向大數據階段發展。據報道，美國礦山及礦物分布數據和國際深碳觀測聯合會(Deep Carbon Observatory)等擁有礦物演化數據、地理空間信息等大型數據庫，世界各地的研究者可利用這些數據庫直接生成和搜尋新礦物模型。2018年，美國的S. Morrison通過分析疾病傳播等網絡理論揭示了全球礦物的多樣性和分布情況。因此，未來的研究將通過計算礦物學來對已知的礦物體系進行廣泛和精細的模擬，更快地建立和完善礦物學的大數據庫系統。 1.1.2 分支學科 礦物學主要分為七類：結構礦物學、實驗礦物學、礦物物理學、礦物形貌學、成因礦物學、礦物材料學和光性礦物學，如圖1.2所示。各學科的研究方向和重點不同，礦物體系可相互交叉。 圖1.2 礦物學相關學科分布圖 1. 結構礦物學 結構礦物學是闡述礦物的晶體結構、空間分布與礦物性能和生長規律關系的一門學科。其主要內容包括：①礦物的結構分類；②礦物結構的化學鍵和配位多面體；③礦物晶體結構及空間分布；④礦物的性質及應用。結構礦物學通過對各類典型礦物晶體結構和成分的分析，為工程技術或資源開發人員提供地質、材料、冶金等方面的參考[8]。 2. 實驗礦物學 實驗礦物學是在實驗室條件下人工模擬天然礦物的形成環境和條件，探索礦物生長規律的一門學科。其主要內容包括：①在實驗室條件下合成礦物；②分析和檢測礦物的形貌和性能；③結果記錄與分析。自然界形成礦物的時間漫長且地質環境復雜，而實驗室合成礦物的時間較短且形成環境簡單。因此，研究人員通過把野外采集的樣品帶回室內分析，記錄和標定其生長條件，能有效地解決野外樣品分析中存在的難題，便于研究人員從整體上進行觀察和研究[9]。 3. 成因礦物學 成因礦物學是根據地質條件和物理化學理論研究礦物形成原因和應用的一門學科[10]。其主要內容包括：①礦物發生、形成和變化的條件及過程；②在形態、成分、性質上反映礦物形成條件的內在關系；③復合礦物之間的平衡關系和空間分布；④礦物的分類。成因礦物學對礦床來源、成礦條件和成礦作用進行了系統的劃分，有助于研究人員開展地質找礦、勘探等實踐工作，并逐漸形成找礦礦物學。成因礦物學還對礦床成因學、礦物晶體化學理論和巖石學有推動和促進作用。 4. 礦物形貌學 礦物形貌學是研究礦物的晶體形貌，以此探索礦物的生長機制和歷程的一門學科[11]。其主要內容包括：①對結晶多面體及其習性的研究；②結合環境因素探索晶體形狀各異的成因；③礦物晶體表面微形貌。礦物晶體表面微形貌是生長的終態，通過對晶體形貌的觀察和記錄，研究人員可以有效地模擬礦物晶體生長的過程，進一步認識礦物生長與地質的相互關系。 5. 光性礦物學 光性礦物學是在顯微鏡下測定各種礦物的光學常數，研究其光學性質的一門學科。其主要內容包括：①用光學顯微鏡對礦物進行晶體光學測定的基本原理、主要內容和操作方法；②礦片厚度、礦粒大小和礦物含量的測定方法；③礦物種類的劃分；④礦物的地質條件與其他礦物的共生關系或寶玉石研究；⑤建立比較完備的以礦物光學常數為依據的礦物鑒定表。光性礦物學為地質高校、光電材料研究部門、寶玉石專業學者提供了理論學習基礎和鑒定依據。 6. 礦物材料學 礦物材料學是研究工藝技術對礦物性能的影響以及礦物在生活中的應用的一門學科[3-4]。其主要內容包括：①礦物材料的物理和化學組成；②礦物材料的結構和性質；③礦物材料的制備方法、目的、技術和發展趨勢；④對礦物材料制備的原料、性質、工藝流程和主體設備的介紹；⑤礦物產品的性能表征和應用；⑥礦物材料制備和應用的發展趨勢。礦物材料學為礦物資源的有效利用提供了重要的經濟價值參考，也是國民生活資料和軍事原料等的主要來源。 7. 礦物物理學 礦物物理學是通過一系列物理學和實驗方法來研究礦物的結構、組分、性能等的一門學科。其主要內容包括：①礦物化學鍵理論—晶體場理論和配位場理論解釋離子占據晶格中的位置、有序性和擇位性等問題，分子軌道理論解釋礦物結構的鍵長、鍵角變化、鍵性特征以及礦物X射線譜測定的結果，能帶理論解釋礦物的電學和光學等性質；②礦物能量狀態研究—利用礦物的光學性質和非彈性中子散射的數據，計算礦物的熱力學參量和狀態方程，并繪制相關相圖；③實際礦物晶體中的缺陷研究—礦物結構的點缺陷、線缺陷、面缺陷等對礦物的結構、熔點、性能和擴散遷移等的影響；④礦物的物理性質和化學性質研究—對礦物的光、電、磁、聲、熱、力、溶解、吸附等性質的研究；⑤高壓礦物物理研究—對比高壓相態和物性測定與地球物理方法測得的數據，推斷地下深處的礦物質組成。礦物物理學的發展使研究人員對礦物學的研究從原子深化到內部電子和核結構，由此可以研究礦物化學鍵的本質、晶體結構和極端特性。 8. 其他 此外，還有以某類礦物為專門研究對象的學科—硫化物礦物學、寶石礦物學、黏土礦物學和硅酸鹽礦物學等；在某一地區發展起來的區域礦物學科；以地幔礦物發展起來的地幔礦物學；以天體礦物發展起來的宇宙礦物學，如隕石礦物學、月巖礦物學等。 1.2 礦物概述 1.2.1 礦物命名 在地球系統中，礦物通常是組成天然巖石、礦石和土壤的基本單元(元素、單質或化合物)，也是生態環境的載體和動植物的營養供體。礦物一般需要滿足如下條件：①在地質作用下形成，并在一定的地質和環境條件下演化；②內部質點(原子、離子)排列有序的均勻固體；③具有特定的化學成分；④具有特定的結晶構造(非晶質礦物除外)；⑤固態的無機物(自然汞常溫呈液態除外)，其絕大部分屬于晶質礦物，極少數屬于非晶質礦物(如水鋁英石等)。因此，煤、石油、實驗室制造的礦物晶體(如人造水晶、人造鉆石等)不屬于嚴格意義上的礦物。 礦物主要根據傳統習慣、礦物本身特征(如成分、形態、物性等)、外文音譯、礦物產地或人名等方式進行命名(表1.1)，但傳統的命名方式不能體現出礦物化學成分和元素種類的差別。為了精確地表述礦物成分，研究者根據晶體化學分類原則命名礦物，將其主要分為大類(相同化學鍵類型：自然元素、硫化物及其類似化合物、氧化物和氫化物、含氧鹽、鹵化物)、亞類(不同的陰離子或絡合陰離子)、亞族(陽離子或晶體結構型)、種(化學組成和晶體結構)、亞種(完全類質同象間端員組分的差異)、異種或變種(特異的晶體結構、組分或物性)。例如，方鉛礦的描述為：化學式PbS，鉛灰色，金屬光澤，不透明，等軸晶系，立方體或八面體、對稱型m3m，晶體取向(100)、(111)等。 表1.1 部分礦物的命名方式 除了化學式表示方法以外，礦物學家常借助空間群概念描述礦物的結晶構造，這樣可以系統地表述礦物的化學成分和空間結構。例如，高嶺土可被表述為：分子式Al2Si2O5(OH)4，三斜晶系，空間群C1。化學式可通過XPS、FT-IR、Raman、XRF-精修技術等方法進行測試，結晶結構可通過X射線衍射光譜、中子衍射光譜、高能透射電鏡等進行測試。因此，現代測試技術已可精確地標定礦物的成分、原子排布、結構轉變和相變等，這將有助于明確地區分出類質同象礦物等。 1.2.2 天然礦物分類 對地球的地核、地幔和地殼的主要劃分是兩個基本過程的結果：①地球早期形成金屬核心；②硅酸鹽地幔部分熔融形成大陸地殼。在整個地球歷史中，這兩個過程發生了不同強度的地質作用。在元素周期表中，鐵原子序數前的元素通過核聚變的方式產生，而鐵原子序數后的元素通過新星爆炸產生。地球上的重元素是銀河系中星際物質長久更迭的結果，由于受到引力的作用，熔融物質發生大規模遷移，輕者上浮、重者下沉，所以鐵、鎳等重元素構成地核，硅酸鹽物質構成地
書友推薦
- >
隨園食單
- >
李白與唐代文化
- >
經典常談
- >
伯納黛特,你要去哪(2021新版)
- >
二體千字文
- >
唐代進士錄
- >
人文閱讀與收藏·良友文學叢書:一天的工作
- >
上帝之肋:男人的真實旅程
本類暢銷
