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    科研進展
    • 廣州地化所:利用B-Mo同位素揭示俯沖帶氧化還原環(huán)境差異性

        俯沖過程中,俯沖板片釋放不同俯沖組分交代地幔楔,造成地幔楔熔融,形成島弧巖漿作用,是地球殼幔物質(zhì)循環(huán)過程最重要的方式之一。不同俯沖帶氧化還原環(huán)境差別巨大,將造成俯沖組分成分上的極大差異。厘清俯沖帶氧化還原環(huán)境的差異性對理解殼幔物質(zhì)循環(huán)過程尤其是變價元素(C、S、Fe、Mo等)的循環(huán)機制具有重要的科學(xué)意義。然而,俯沖過程中產(chǎn)生的俯沖組分氧逸度復(fù)雜多變,揭示不同俯沖帶氧化還原環(huán)境的差異性一直是地球科學(xué)的難題之一。針對上述問題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點實驗室地幔地球化學(xué)學(xué)科組于洋副研究員與黃小龍研究員及其合作者對東南亞蘇門答臘島弧玄武巖與弧后玄武巖(圖1)進行了系統(tǒng)的B-Mo-Sr-Nd-Hf-Pb同位素分析,通過對比B-Mo同位素在俯沖過程中不同的同位素分餾行為,揭示不同俯沖帶氧化還原環(huán)境的差異性,并闡明其對俯沖帶殼幔物質(zhì)循環(huán)過程的重要作用。
        圖1.東南亞巽他島弧火山與樣品分布圖
        研究結(jié)果表明蘇門答臘島弧玄武巖(CAB)與弧后玄武巖(BAB)主要為拉斑玄武質(zhì),具有較低的K 2O含量。島弧玄武巖與弧后玄武巖均富集輕稀土元素,具有低Ba/La與高La/Yb比的特征(圖2),表明其地幔源區(qū)較少受流體交代,而主要受來自俯沖板片的熔體交代。島弧玄武巖與弧后玄武巖具有相似的Mo同位素組成,且其δ 98/95Mo整體比鄰近爪哇島弧玄武巖更重(Yu et al., 2022),結(jié)合其相對富集的Nd同位素組成,表明其地幔源區(qū)主要受來自俯沖陸源碎屑沉積物的熔體交代(圖2)。地球物理資料顯示位于Toba火山下的俯沖板片發(fā)生了板片撕裂,并導(dǎo)致了軟流圈地幔沿板片窗的上涌(圖3),造成了板片窗附近俯沖沉積物發(fā)生了強烈的熔融(圖3)。大量俯沖沉積物熔體的加入導(dǎo)致Toba玄武巖具有極度富集的放射性成因同位素組成(圖2)。
        圖2. 蘇門答臘島弧玄武巖與弧后玄武巖Ba/La與La/Yb及δ 98/95Mo與ε Nd關(guān)系圖
        圖3. 蘇門答臘島俯沖板片結(jié)構(gòu)與俯沖沉積物熔融沿弧變化趨勢模型圖
        通過對島弧玄武巖與弧后玄武巖的B同位素分析,發(fā)現(xiàn)弧后玄武巖的B同位素組成(δ 11B = -9.0‰ to -7.3‰)輕于島弧玄武巖(δ 11B =-7.0‰ to +0.17‰;圖4),反映了俯沖沉積物在多階段脫水與熔融過程中發(fā)生了顯著的B同位素分餾。然而,蘇門答臘島弧玄武巖(δ 98/95Mo =-0.21‰ to -0.01‰)與弧后玄武巖(δ 98/95Mo = -0.17‰ to -0.08‰)相似的Mo同位素組成則表明Mo同位素在俯沖過程中未發(fā)生顯著分餾(圖4)。與B同位素不同,Mo同位素的分餾受俯沖過程中氧化還原環(huán)境的影響。模擬結(jié)果顯示低氧逸度(fO 2<FMQ+2)會降低Mo的活動性,并抑制Mo同位素分餾行為;而在高氧逸度條件下(fO 2>FMQ+2),Mo的活動性會發(fā)生明顯上升,并導(dǎo)致顯著的Mo同位素分餾行為(圖5)。蘇門答臘島弧玄武巖具有相對較低的V/Yb比值,表明加入到其地幔源區(qū)的俯沖組分可能產(chǎn)生于氧逸度fO 2<FMQ+1.5的條件下,導(dǎo)致Mo同位素未發(fā)生明顯分餾(圖5)。Mariana島弧玄武巖具有與蘇門答臘島弧玄武巖相似的低V/Yb的特征,指示加入到其地幔源區(qū)的俯沖組分也可能產(chǎn)生于fO 2<FMQ+2的條件下,所以其B同位素組成隨著俯沖深度(H)的增加而逐漸變輕,但是Mo同位素則保持不變,顯示了低氧逸度下B-Mo同位素不同的分餾行為。Mariana弧后玄武巖具有比島弧玄武巖更輕的Mo同位素組成,則可能反映了隨著俯沖深度的增加,俯沖過程中氧化還原環(huán)境的變化。另一方面,Izu島弧玄武巖具有高V/Yb比的特征,其B-Mo同位素組成在穿弧方向上均具有變輕趨勢(圖4),顯示了Mo同位素在高氧逸度(fO 2>FMQ+3)條件下會發(fā)生與B同位素相似的同位素分餾行為(圖5)。因此,B-Mo同位素不同的分餾行為反映了俯沖帶氧化還原環(huán)境的差異性,并導(dǎo)致不同的殼幔物質(zhì)循環(huán)過程。
        圖4. 蘇門答臘島、Mariana島弧與Izu島弧玄武巖與弧后玄武巖B-Mo同位素隨俯沖深度變化趨勢圖,H代表火山至俯沖板片表面的深度。
        圖5. 蘇門答臘島弧玄武巖與弧后玄武巖δ 98/95Mo與Ce/Mo及V/Yb與Nb/Yb關(guān)系圖
        該研究主要受國家自然科學(xué)基金(41890812, 42273046)與南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(廣州)人才團隊引進重大專項(GML2019ZD0202)資助,已發(fā)表于國際期刊《Chemical Geology》。
        論文信息:Yu Yang (于洋), Huang Xiao-Long* (黃小龍), Lai Yu-Ming (賴昱銘), Li Jie (李杰), Xu Yi-Gang (徐義剛), Chung Sun Lin (鐘孫霖), Iwan Setiawan, Yang Fan (楊帆), 2023. Different B-Mo isotopic fractionation processes controlled by redox conditions in the subduction zone. Chemical Geology, 636, 121646.
        論文鏈接
        相關(guān)文獻:Yu Yang, Huang Xiao-Long*, Chung Sun Lin, Li Jie, Lai Yu-Ming, Iwan Setiawan, Sun Min, 2022. Molybdenum isotopic constraint from Java on slab inputs to subduction zone magmatism. Geochimica et Cosmochimica Acta, 332(1), 1-18.
         
        
      2023-08-17
    • 廣州地化所:高δ18O鋯石和橄欖石識別出地殼生長

        大陸地殼生長速率一直是固體地球科學(xué)研究的熱點,解決這個問題的難點在于怎么區(qū)分地殼生長和再造相關(guān)的巖漿事件。地殼生長就是向地殼中添加幔源巖漿巖,而地殼再造則是先存地殼的侵蝕、沉積和重熔等殼內(nèi)過程。最近二十年的研究普遍使用鋯石Hf-O同位素來揭示地殼生長速率,因為Hf模式年齡可代表鋯石母巖漿從地幔中抽取的年齡(即地殼生長年齡),O同位素可以用來判斷Hf模式年齡是無意義的混合年齡還是有意義的地殼生長年齡,沉積巖來源的巖漿結(jié)晶的鋯石就會產(chǎn)生無意義的混合年齡。因此,高δ 18O(>5.9‰)鋯石普遍被認為是沒有幔源巖漿參與的殼內(nèi)再造產(chǎn)物。然而,越來越多的研究表明幔源巖漿也可能來自俯沖改造的高δ 18O地幔楔,但由于鋯石通常結(jié)晶于長英質(zhì)巖漿,我們很難建立起高δ 18O地幔和鋯石之間的直接聯(lián)系。
        中國科學(xué)院廣州地化所王軍博士、王強研究員及合作者通過對西藏北拉薩地塊含高δ 18O鋯石和橄欖石的超鎂鐵質(zhì)堆晶巖及同期火山巖的研究來解決上述難題,取得以下重要進展:
        (1)堆晶巖形成于110 ± 2 Ma,其堆晶相包括橄欖石和少量單斜輝石,粒間相包括角閃石和少量斜方輝石、金云母、磷灰石和鋯石(圖1)。
        圖1. 超鎂鐵質(zhì)堆晶巖的巖相圖(Amp=角閃石;Ol=橄欖石;Opx=斜方輝石;Cpx=單斜輝石;Phl=金云母;Ap=磷灰石;Zrn=鋯石;Ser=蛇紋石)
        (2)輝石、角閃石和磷灰石及其平衡熔體的溫度、SiO 2、Zr、La/Sm和Dy/Yb變化趨勢表明粒間熔體逐漸從鋯石不飽和的玄武質(zhì)演化到鋯石飽和的流紋質(zhì)熔體(圖2和3)。粒間熔體的這些成分變化趨勢與同期火山巖成分演化一致,表明火山巖可能是堆晶巖中抽離的粒間熔體。
        圖2. 礦物平衡熔體的溫度和Zr(左)以及SiO 2和La/Sm(右)關(guān)系
        (3)角閃石包裹著溶蝕狀的橄欖石和單斜輝石(圖1)說明角閃石是通過包晶(peritectic)反應(yīng)形成的,稀土元素模擬也證實了粒間熔體-晶粥體反應(yīng)生成角閃石的過程(圖3),該反應(yīng)產(chǎn)生的低硅角閃石促進了粒間熔體的硅富集和鋯飽和。
        圖3. 礦物平衡熔體的La/Sm和Dy/Yb(左)以及εHf和δ 18O(右)關(guān)系
        (4)早期橄欖石和晚期鋯石的平衡熔體具有重疊δ 18O值,且高于正常地幔(圖3);鋯石結(jié)晶前后的磷灰石εNd值(2.4 ± 1.4)也保持不變,這表明鋯石的高δ 18O特征是起源于地幔源區(qū),而不是殼內(nèi)混染或熔融過程;地幔中再循環(huán)地殼的量少于12%,即研究區(qū)早白堊世巖漿作用代表顯著的地殼生長事件。
        最近全球的研究也發(fā)現(xiàn)俯沖組分對地幔楔的交代會導(dǎo)致超鎂鐵質(zhì)到長英質(zhì)巖漿巖具有高δ 18O特征。因此,假如把這些高δ 18O鋯石都歸因于地殼再造產(chǎn)物,則會顯著低估顯生宙地殼生長的量。本研究也表明,對于特定的弧巖漿作用,超鎂鐵質(zhì)到長英質(zhì)巖石的鋯石和橄欖石氧同位素的結(jié)合比單獨鋯石數(shù)據(jù)在區(qū)分地殼生長與再造方面更有效。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際巖石學(xué)著名刊物Journal of Petrology上,該研究受國家自然科學(xué)基金、第二次青藏科考和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的聯(lián)合資助。
        論文信息:Wang, J.(王軍), Wang, Q*.(王強), Sun, P.(孫鵬), Dan, W.(但衛(wèi)), Kerr, A. C., Zhang, Z.-P.(張志平), Zhang, L.(張樂), Wei, G.(韋剛健), Dong, H.(董瀚), Hu, W.-L.(胡萬龍), Yang, Z.-Y.(楊宗永), Zhang, X.-Z.(張修政), Qi. Y.(齊玥), 2023. Crustal growth identified by high-δ 18O zircon and olivine: A perspective from ultramafic arc cumulates in southern Tibet, Journal of Petrology. 
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      2023-08-17
    • 廣州地化所:Fe-S-B同位素揭示海底交代型VMS礦床成礦過程

        VMS礦床,即火山成因塊狀硫化物礦床,是Zn、Cu、Pb、Ag、Au等金屬資源的重要來源。目前普遍認為VMS礦床成礦過程為:富含金屬的成礦流體上升到海底,與海水發(fā)生混合作用,引發(fā)成礦流體物理-化學(xué)條件改變,導(dǎo)致成礦物質(zhì)沉淀,在海底堆積形成塊狀硫化物礦體。近些年來,越來越多的研究表明海底流體混合作用難以形成大型VMS礦床,因為海水會氧化和分散硫化物,而海底交代作用可能對形成大型VMS起了關(guān)鍵控制作用。然而,對于交代型VMS礦床成礦過程還缺乏相關(guān)研究,制約了對該類型礦床成因機制的認識。新疆阿舍勒礦床,是中國阿勒泰造山帶最大的VMS型Cu-Zn礦床,我們最新的研究表明其經(jīng)歷了明顯的海底交代作用,可以作為交代型VMS礦床成礦過程研究的理想對象。
        針對上述科學(xué)問題,廣州地球化學(xué)研究所肖兵副研究員在陳華勇研究員指導(dǎo)下,與中國科技大學(xué)黃方教授合作,在成礦期次研究的基礎(chǔ)上,對我國新疆阿舍勒大型VMS型Cu-Zn礦床開展Fe-S-B同位素研究,取得了以下認識:(1)礦物組合和穿切關(guān)系表明,從礦化中心向外,該礦床可以劃分為塊狀硫化物、石英-黃鐵礦、綠泥石-石英-黃銅礦-黃鐵礦、石英-絹云母-綠泥石-黃鐵礦和石英-絹云母-黃鐵礦5個帶。Cu礦化出現(xiàn)在兩個階段,分別為早期的塊狀硫化物和晚期的綠泥石-黃銅礦;(2)電氣石B同位素特征指示形成塊狀硫化物的熱液流體,其中海水占比為19%;(3)S同位素研究表明,巖漿硫的貢獻早階段為35%,晚階段為65%;(4)從礦化中心向外,黃鐵礦δ 56Fe值逐漸降低,受控于黃鐵礦Fe同位素交換程度和形成溫度;(5)基于以上結(jié)果,我們提出交代型VMS礦床兩階段成礦模式:早期相對氧化的環(huán)境下,來自下部巖漿房熱液流體與海水快速混合,導(dǎo)致黃鐵礦快速沉淀和相關(guān)的銅礦化,而后在封閉體系中,長期的熱液活動導(dǎo)致上部塊礦礦體的形成;晚期在相對還原的環(huán)境下,熱液活動促進下部的綠泥石-黃銅礦脈狀礦化的形成。
        阿舍勒交代型VMS礦床成礦模式圖
        相關(guān)成果近期發(fā)表于國際地學(xué)權(quán)威期刊《Geological Society of America Bulletin》,該項研究成果獲得了科技部重點研發(fā)項目(2022YFC2903301)、國家自然科學(xué)基金(42173065, 42230810, 41921003和42003033)、院先導(dǎo)計劃項目(XDB42020404)和廣東省重點實驗室項目(2020B1212060055)等項目的聯(lián)合資助。
        論文信息:Xiao, B. (肖兵), Chen, H.Y.* (陳華勇), Huang, F. (黃方), Feng, Y.Z. (馮雨周), Hu, X. (胡霞), Li, R.C. (李如操), Iron, boron and sulfur isotope constraints on ore-forming process of the subseafloor replacement-style volcanogenic massive sulfide systems. Geological Society of America Bulletin (2023). 
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      2023-08-16
    • 深圳先進院提出多磁微型機器人編隊控制方法
      研究提出了一種基于改進領(lǐng)航-跟隨法的多磁驅(qū)動微型機器人編隊控制方法,首次實現(xiàn)了2個和3個磁性軟體微型機器人的編隊自主導(dǎo)航和路徑跟隨控制。
        在相同磁場下,協(xié)同控制多個磁驅(qū)動微型機器人編隊運動是困難的,因為輸入的磁場控制變量遠小于協(xié)同控制多機器人編隊位置與隊形的輸出自由度,導(dǎo)致了系統(tǒng)嚴(yán)重欠驅(qū)動。
        近日,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院集成所智能仿生中心團隊針對控制系統(tǒng)欠驅(qū)動問題,提出了一種基于改進領(lǐng)航-跟隨法的多磁驅(qū)動微型機器人編隊控制方法,首次實現(xiàn)了2個和3個磁性軟體微型機器人的編隊自主導(dǎo)航和路徑跟隨控制。研究成果以Leader–Follower Formation Control of Magnetically Actuated Millirobots for Automatic Navigation為題,發(fā)表在機電工程論域權(quán)威期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics (JCR一區(qū),影響因子:6.4)。智能仿生中心徐天添課題組博士研究生黃晨陽為第一作者,徐天添研究員為通訊作者。        
        多個微型機器人可以協(xié)同執(zhí)行單個機器人無法完成的復(fù)雜任務(wù),從而增加系統(tǒng)的冗余度和擴展性,提高任務(wù)的執(zhí)行效率。然而,不同于傳統(tǒng)多機器人系統(tǒng)中每個智能體可以獨立驅(qū)動,由外界全局磁場驅(qū)動的微型機器人接收到相同磁場,從而造成耦合的運動速度。協(xié)同控制多個具有耦合速度的磁驅(qū)動微型機器人編隊運動將導(dǎo)致了系統(tǒng)嚴(yán)重欠驅(qū)動,因為輸入的磁場控制變量遠小于協(xié)同控制多機器人編隊位置與隊形的輸出自由度。      
        研究團隊提出一種多磁驅(qū)動微型機器人全自動編隊導(dǎo)航控制框架,包括了基于增強RRT*編隊路徑與隊形規(guī)劃單元、基于改進虛擬領(lǐng)航-跟隨法的多磁驅(qū)動微型機器人協(xié)作控制單元和電磁驅(qū)動單元。規(guī)劃單元中,提出的基于增強RRT*路徑規(guī)劃算法綜合考慮了避碰、路徑長度、搜索效率和電磁場分布特性,與其他RRT*及衍生算法相比,規(guī)劃路徑更趨向于電磁均勻分布區(qū)域。協(xié)作控制單元中包含一個具有擴展?fàn)顟B(tài)觀測器的無模型跟隨者控制器,應(yīng)用于編隊隊形控制;一個基于模糊邏輯的領(lǐng)導(dǎo)者控制器,用于編隊路徑跟隨控制;一個基于耦合速度的協(xié)作控制器,用于控制多機器人的速度狀態(tài)。      
        通過實驗驗證了由2個磁驅(qū)動微型機器人組成的編隊可以在保持編隊隊形約束下和變換編隊隊形約束下,實現(xiàn)高精度魯棒的路徑跟蹤控制。此外,由3個磁驅(qū)動微型機器人組成的編隊,可以通過自主隊形變換實現(xiàn)穿越狹窄障礙通道。最后,多機器人編隊通過提出的優(yōu)化路徑與隊形規(guī)劃算法,以及編隊協(xié)作控制方法,實現(xiàn)了障礙物區(qū)域自主避障和路徑跟蹤。本研究成果為多磁驅(qū)動微型機器人編隊控制提供了新理論。在未來的工作中,我們期望通過提出的策略,多微型機器人團隊將能夠高效地協(xié)同工作,用于體內(nèi)靶向藥物遞送、傳感和微組裝應(yīng)用。    
        該系列研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金、廣東省、中科院青促會、深圳市等科技項目資助。
        圖1:兩個磁化異構(gòu)的微型機器人具有耦合運動速度
        圖2:多磁驅(qū)動微型機器人編隊控制問題描述
        圖3:多磁驅(qū)動微型機器人編隊控制框架
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      2023-08-14
    • 喀斯特植被恢復(fù)過程中苔蘚促進土壤碳氮積累機制取得進展
      退耕還林還草是西南喀斯特地區(qū)石漠化治理和生態(tài)恢復(fù)的重要舉措。隨著植被恢復(fù)進程的推進,石漠化地區(qū)土壤表層形成了約1cm厚的苔蘚層,但其對下覆微生物群落和土壤理化性質(zhì)及其關(guān)聯(lián)的土壤碳氮積累的影響尚不清楚。
        退耕還林還草是西南喀斯特地區(qū)石漠化治理和生態(tài)恢復(fù)的重要舉措。隨著植被恢復(fù)進程的推進,石漠化地區(qū)土壤表層形成了約1cm厚的苔蘚層,但其對下覆微生物群落和土壤理化性質(zhì)及其關(guān)聯(lián)的土壤碳氮積累的影響尚不清楚。
        基于此,以西南喀斯特峰叢洼地區(qū)三種典型人工植被恢復(fù)方式(單一人工林、單一牧草地、人工林間作牧草)長期觀測樣地為研究對象,通過苔蘚移植和剔除處理,以無苔蘚覆蓋裸土和苔蘚覆蓋土壤為對照,分析了自然苔蘚、移植苔蘚和剔除苔蘚對土壤碳氮指標(biāo)、土壤微生物群落和土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明:(1)試驗處理一年后,移植苔蘚增加了表層土壤可利用氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)含量,剔除苔蘚減少了表層土壤有機碳含量和全氮含量。(2)自然苔蘚、移植苔蘚和剔除苔蘚都不同程度地減少了土壤微生物生物量并影響了土壤微生物群落組成(真菌與細菌比、革蘭氏陽性細菌與革蘭氏陰性細菌比)。(3)苔蘚性質(zhì)(生物量、碳氮含量、碳氮比、飽和持水量),以及受苔蘚調(diào)控的土壤含水量、土壤微生物生物量和群落組成均是影響土壤碳氮積累的重要因子。
        在亞熱帶生態(tài)所王克林研究員和張偉研究員指導(dǎo)下,博士研究生肖露梅為第一作者,該研究以Mosses stimulate soil carbon and nitrogen accumulation during vegetation restoration in a humid subtropical area為題,發(fā)表在土壤學(xué)領(lǐng)域一區(qū)Top期刊Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到國家自然科學(xué)基金重點基金、國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金、廣西自然科學(xué)基金等項目的資助。
        論文鏈接
        苔蘚移植和剔除示意圖
        苔蘚處理對土壤碳氮含量的影響
        影響土壤碳氮含量因子
        
      2023-08-15
    • 廣州地化所:西昆侖鉀質(zhì)巖及其地幔捕虜體揭示大陸俯沖和巖石圈地幔富集過程

        大陸俯沖和相關(guān)物質(zhì)再循環(huán)是當(dāng)前國際地質(zhì)研究的前沿和熱點領(lǐng)域之一。青藏高原是研究大陸俯沖和俯沖地殼物質(zhì)再循環(huán)的天然實驗室。西昆侖位于青藏高原西北緣。在該地區(qū)廣泛發(fā)育青藏高原最年輕的鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖漿活動,并且在部分超鉀質(zhì)巖石中還存在珍貴的地幔捕虜體(圖1)。這些樣品無疑是認識大陸俯沖過程、巖石圈地幔富集機制和物質(zhì)循環(huán)的理想對象,但一直以來對它們的研究比較薄弱。
        中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士后王健、唐功建研究員與王強研究員等人合作,對西昆侖晚中新世-第四紀(jì)(8.0-0.03 Ma)鉀質(zhì)巖及其地幔捕虜體進行了系統(tǒng)研究。研究發(fā)現(xiàn):(1)鉀質(zhì)巖中橄欖石斑晶和巖漿鋯石都具有明顯高于正常地幔的氧同位素組成,表明源區(qū)有再循環(huán)地殼組分的加入。此外,地幔捕虜體中橄欖石通常具有正常或略高于正常地幔的氧同位素特征,并且從核到邊氧同位素值有增加趨勢,說明其氧同位素組成應(yīng)該是受到了高氧寄主巖漿的影響(圖2);(2)鉀質(zhì)巖全巖和單斜輝石斑晶表現(xiàn)出相同且類似EM2端元的元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素特征。此外,熔巖中單斜輝石斑晶具有與地幔捕虜體中單斜輝石相似的島弧微量元素特征和富集的Sr同位素組成(圖3)。以上觀察表明西昆侖鉀質(zhì)巖起源于富集巖石圈地幔,并且受到的地殼混染較弱。
        進一步結(jié)合地球物理資料和地球化學(xué)模擬,提出:(1)西昆侖鉀質(zhì)巖及其地幔捕虜體源區(qū)中的富集組分最有可能直接來自向北俯沖的印度大陸沉積物;(2)俯沖印度板塊釋放沉積物以底辟形式上升與上覆巖石圈地幔混合并熔融形成富鉀巖漿(圖4);(3)大陸俯沖及沉積物快速再循環(huán)過程可能與西昆侖鉀質(zhì)巖漿的產(chǎn)生直接關(guān)聯(lián),進一步揭示印度大陸至少在8.0 Ma前已經(jīng)俯沖至西昆侖地區(qū)之下的地幔中(圖5);(4)我們推測大陸巖石圈地幔中存在大量再循環(huán)俯沖沉積物,為探究俯沖沉積物的命運和EM2端元成因提供了重要線索。
        上述研究系統(tǒng)探討了西昆侖鉀質(zhì)巖及其地幔捕虜體的巖石成因,為認識大陸俯沖過程、巖石圈地幔富集機制和地殼物質(zhì)循環(huán)提供了新的見解。研究成果受到青藏高原第二次科考(2019QZKK0702)等項目的資助,并近期發(fā)表在礦物巖石學(xué)專業(yè)期刊《Journal of Petrology》和《Contributions to Mineralogy and Petrology》上。
        論文信息:
        Wang, J. (王健), Wang, Q. (王強), Ma, L (馬林)., Hu, W-L (胡萬龍)., Wang, J (王軍)., Belousova, E., and Tang, G.-J*. (唐功建), 2023, Rapid Recycling of Subducted Sediments in the Subcontinental Lithospheric Mantle: Journal of Petrology, egad056, https://doi.org/10.1093/petrology/egad056.
        Tang, G.-J* (唐功建)., Wyman, D. A., Wang, Q (王強)., Ma, L (馬林)., Dan, W (但衛(wèi))., Yang, Y.-N (楊亞楠)., Liu, X.-J., and Chen, H.-Y., 2022, Links between continental subduction and generation of Cenozoic potassic–ultrapotassic rocks revealed by olivine oxygen isotopes: A case study from NW Tibet: Contributions to Mineralogy and Petrology, 177, 53, https://doi.org/10.1007/s00410-022-01920-x.
        圖1:(a)中亞地質(zhì)圖;(b)穿過西昆侖的地球物理剖面資料;(c)西昆侖地質(zhì)圖,標(biāo)注鉀質(zhì)巖及地幔捕虜體采樣點;(4)西昆侖地區(qū)分布的鉀質(zhì)巖年齡資料統(tǒng)計
        圖2:西昆侖鉀質(zhì)巖及其地幔捕虜體中橄欖石組成特征
        圖3:西昆侖鉀質(zhì)巖全巖及單斜輝石同位素特征,特征類似典型EM2端元
        圖4:西昆侖鉀質(zhì)巖元素和同位素組成特征表明俯沖沉積物先與地幔端元混合后再發(fā)生熔融
        圖5:提出的西昆侖鉀質(zhì)巖成因模式圖,俯沖印度大陸沉積物以底辟形式上升到巖石圈地幔底部后發(fā)生部分熔融
        
      2023-08-15
    • 廣州地化所:樣品尺寸如何影響頁巖生-排烴特征與動力學(xué)參數(shù)?

        隨著頁巖油氣的成功勘探與開發(fā),頁巖生-排烴特征與動力學(xué)參數(shù)的定量研究變得日益重要。Rock-Eval巖石熱解儀廣泛應(yīng)用于烴源巖生烴評價,但通常采用粉末或干酪根樣品,結(jié)果更多地反映樣品的生烴特征。前人采用頁巖粉末和顆粒樣品的Rock-Eval儀進行頁巖的生排烴研究,指出熱解結(jié)果和動力學(xué)參數(shù)確實與粉末樣品存在明顯差異(Inan and Schenk, 2001; Liao et al., 2018),這主要是由于熱解過程中烴類需要運移穿過巖石介質(zhì)排出,實驗結(jié)果綜合反映了生烴和排烴兩個過程。但是目前關(guān)于樣品尺寸對頁巖顆粒的生烴和排烴特征差異及動力學(xué)參數(shù)影響尚沒有定量研究。
        針對上述問題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室博士生孫宇在導(dǎo)師王云鵬研究員指導(dǎo)下,提出采用具有明確幾何特征的頁巖規(guī)則樣品進行Rock-Eval熱解可以定量研究生烴-排烴過程。實驗中每一個頁巖規(guī)則顆粒樣品具有明確的直徑、高度、表面積、體積等幾何參數(shù),可以作為獨立的生烴和排烴單元,并將每一個頁巖顆粒樣品對應(yīng)的粉末樣品作為參考,計算實際排烴效率。
        研究結(jié)果表明隨著頁巖顆粒樣品直徑增加,滯留在樣品中游離烴比例逐漸增加,而滯留的游離烴將在高溫階段裂解排出。通過將頁巖粉末樣品的游離烴S1、熱解烴S2作為參考,得到顆粒樣品低溫階段殘留烴S1殘留比例系數(shù)(S1 ratained parameter)和高溫階段殘留烴裂解對應(yīng)的S2額外排烴系數(shù)(S2 extra expulsion parameter)。如圖1所示,隨著顆粒樣品直徑增加,無法運移排出的S1游離烴比例不斷增加。頁巖顆粒樣品S2額外排烴系數(shù)不斷降低并減小至負數(shù),說明當(dāng)樣品尺寸過大時,最終部分烴類無法運移排出,使得最終獲得的S2值降低并低于對應(yīng)粉末樣品。
        圖1 S1殘留比例系數(shù)和S2額外排烴系數(shù)與頁巖顆粒樣品基本幾何參數(shù)關(guān)系
        隨著頁巖顆粒樣品直徑增加,反應(yīng)速率曲線更加尖銳(圖2)。直徑越大的顆粒樣品,低溫階段無法排出的滯留烴越多,對應(yīng)高溫階段集中排出的烴類越多。直徑3.73mm和5.24mm顆粒樣品的反應(yīng)速率峰值低于直徑2.93mm顆粒樣品,并且對應(yīng)峰值溫度更高,說明大顆粒樣品排烴過程需要更高溫度,整體排烴更加滯后。在相同溫度時頁巖粉末樣品轉(zhuǎn)化率始終高于頁巖顆粒樣品,也說明顆粒樣品排烴過程的滯后。
        圖2 頁巖顆粒樣品和粉末樣品不同升溫速率下反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率差異
        利用Kinetics 2000軟件計算得到頁巖粉末樣品和不同直徑顆粒樣品動力學(xué)參數(shù) (為便于比較,使用同一頻率因子A=1×1014s -1)。頁巖粉末樣品的活化能分布范圍為43kcal/mol~67kcal/mol,主活化能為53kcal/mol(圖3)。直徑0.8mm~1.0mm顆粒樣品和粉末樣品的活化能特征較為相似,但是其余較大顆粒樣品活化能分布集中在54kcal/mol~55kcal/mol。隨著顆粒樣品直徑增加,低溫階段運移排出并被儀器檢測到的烴類質(zhì)量降低。高溫階段滯留烴集中排出所需溫度不斷升高,排烴過程整體滯后。隨著直徑增加,頁巖顆粒樣品的反應(yīng)活化能具有規(guī)律變化:當(dāng)直徑從1.73mm增加到5.24mm,主活化能(54kcal/mol)的百分比從79.93%逐漸降低到52.04%,第二主活化能(55kcal/mol)的百分比從10.99%增加到39.92%(圖4),反映烴類運移排出難度不斷增加。
        圖3 頁巖顆粒樣品和粉末樣品的熱解動力學(xué)參數(shù)
        圖4 頁巖樣品熱解過程中主活化能(54kal/mol~55kal/mol)百分比隨樣品直徑變化特征
        本研究通過定義頁巖規(guī)則顆粒樣品作為生烴和排烴過程的基本單元,定量表征了不同大小頁巖顆粒樣品生-排烴特征差異,為定量研究頁巖烴類生成-滯留-排出過程及頁巖油氣資源評價提供了新的思路。
        本研究受到國家自然科學(xué)基金(42273053,42203054)和中國科學(xué)院A類先導(dǎo)科技專項 (XDA14010103)資助。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在油氣領(lǐng)域國際期刊 Marine and Petroleum Geology。
        論文信息:Yu Sun(孫宇), Yunpeng Wang(王云鵬), Lingling Liao(廖玲玲), Shuyong Shi(史樹勇), Jinzhong Liu(劉金鐘). How grain size influences hydrocarbon generation and expulsion of shale based on Rock-Eval pyrolysis and kinetics? Marine and Petroleum Geology, 2023, 106369.
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      2023-08-14
    • 廣州地化所:岷江試驗堆(MJTR)氬氬定年樣品輻照初探

        近年來稀有氣體分析技術(shù)的發(fā)展和 40Ar/ 39Ar法衰變常數(shù)的重新厘定,顯著提高了 40Ar/ 39Ar定年的準(zhǔn)確度和精確度,一流實驗室的定年精度已可優(yōu)于0.1 % [1]。隨著國內(nèi)稀有氣體質(zhì)譜儀更新?lián)Q代,國內(nèi) 40Ar/ 39Ar法分析裝備已與國際接軌,但樣品輻照依舊是限制國內(nèi) 40Ar/ 39Ar法發(fā)展及應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前面向 40Ar/ 39Ar定年樣品輻照的反應(yīng)堆有限,且開堆頻次較低,導(dǎo)致氬氬定年周期長,并且難以對不同巖性、不同年齡的樣品選擇最優(yōu)輻照方案進行處理。
        中國核動力研究設(shè)計院岷江試驗堆(MJTR)中子輻照試驗平臺建設(shè)于20世紀(jì)90年代,設(shè)計功率5MW,最高快中子注量率為1.43×10 14n/cm 2/s,輕水作冷卻劑和慢化劑,鈹作反射層 [2, 3]。該反應(yīng)堆在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)等多個學(xué)科的發(fā)展做出了卓越的貢獻,但暫未應(yīng)用于 40Ar/ 39Ar定年樣品的輻照。
        為此,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所張萬峰等人聯(lián)合核工業(yè)北京地質(zhì)研究院李軍杰高級工程師,中國核動力研究設(shè)計院孫壽華研究員等對岷江試驗堆(MJTR)進行 40Ar/ 39Ar定年樣品輻照初探,為該反應(yīng)堆開展 40Ar/ 39Ar定年樣品的輻照條件選擇提供支撐。
        結(jié)果表明,(1)該輻照孔道垂向J值變化呈二次曲線變化的特征,該特征與孔道內(nèi)中子通量分布特征一致。表明輻照罐放置于最佳的樣品輻照區(qū)。(2)應(yīng)用于 40Ar/ 39Ar定年樣品輻照時,相比其它反應(yīng)堆,MJTR的J值時間變化率較低(~0.21×10 -4 J/h)。當(dāng)輻照時長為60h時,J值可達到0.001,能滿足大部分樣品的輻照需求。(3)當(dāng)樣品罐采用0.5mm鎘皮包裹時,( 40Ar/ 39Ar) K,( 36Ar/ 37Ar) Ca和( 39Ar/ 37Ar) Ca等矯正因子分別為146.5 ± 42.4×10 -4,4.17 ± 0.07×10 -4和18.4± 3.6×10 -4。(4)通過計算標(biāo)樣間的J值變化率,可以得到該反應(yīng)堆垂向和水平方向中子通量變化率<0.68%/cm和0.45%/cm。(5)當(dāng)樣品放置于石英管中部進行輻照時,其J值的誤差<1‰;并且監(jiān)控標(biāo)樣(DRA-1,圖1)結(jié)果表明,采用MJTR進行輻照的樣品其分析精度優(yōu)于2‰。
        綜上,該反應(yīng)堆適用于 40Ar/ 39Ar定年樣品的輻照,并有利于開展高精度 40Ar/ 39Ar定年分析。
        圖1 DRA-1透長石激光階段升溫氬氬定年結(jié)果
        圖2 期刊封面
        以上研究成果以封面文章發(fā)表于《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上(圖2),該研究受到國家自然科學(xué)基金(41688103, 41973051),南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(廣州)人才團隊引進重大專項(GML2019ZD0202),廣州地球化學(xué)研究所功能開發(fā)項目(E3280301)的資助。
        論文信息:Wanfeng Zhang(張萬峰) *, Junjie Li(李軍杰) #, Dewen Zheng(鄭德文), Shouhua SUN(孫壽華), Yufei Guo(郭雨非), Jia Zhang(張佳), Ming Xiao(肖明), Jun-jie Wang(汪俊杰), Yu-lian Zhang(張玉蓮), Yingde Jiang(蔣映德) and Yigang Xu(徐義剛), 2023. Sample neutron irradiation with the Min Jiang Testing Reactor (MJTR): Implications for high-precision 40Ar/ 39Ar dating. 
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      2023-08-14
    • 華南植物園提出國家植物園可通過創(chuàng)新更有效地保護植物多樣性

        近日,國際期刊The Innovation(影響因子32)發(fā)表了題為《National botanical gardens can play a critical role in global biodiversity conservation》的文章。華南國家植物園任海研究員為第一和通訊作者,英國皇家邱植物園科學(xué)部主任、牛津大學(xué)教授Alexandre Antonelli博士是共同作者。該文指出國家植物園是全球植物多樣性保護前沿的觀察哨和排頭兵,可以通過創(chuàng)新在全球生物多樣性保護中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這是在華南國家植物園揭牌一周年之際,繼任海等在Trends in Plant Science上發(fā)表國家植物園與可持續(xù)發(fā)展關(guān)系之后,在國際期刊發(fā)表的第二篇關(guān)于國家植物園的文章。 
        豐富多樣的植物為人類提供干凈的空氣、清潔的水、豐富的食物、穩(wěn)定的氣候和舒適的環(huán)境。單由于人類的干擾和氣候變化,再加上植物自身的繁殖障礙,全球約有20–25%的植物受到了不同程度的威脅,進而威脅了人類的生存。國際社會逐漸認識到“搶救植物就是拯救人類自身”,世界各國均采取相應(yīng)措施來保護本國和全球的生物多樣性,聯(lián)合國也制訂了《生物多樣性公約》,以促進生物多樣性保護、恢復(fù)與可持續(xù)利用,實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。 
        植物園是主要從事植物保護、科學(xué)研究、園林園藝、自然教育和資源利用的機構(gòu)。在應(yīng)對植物多樣性逐漸喪失的問題上,植物園可以提供重要的科學(xué)支持、技術(shù)指導(dǎo)和材料支撐。近幾十年來,國家植物園已成為全球的植物多樣性遷地保護中心及前沿哨所,在協(xié)調(diào)保護和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用,同時在履行《生物多樣性公約》中發(fā)揮重要作用。 
        目前全球約有4500個植物園,其中43個國家和地區(qū)建有80多個國家植物園。中國于2022年在北京和廣州分別設(shè)立國家植物園和華南國家植物園,下一步將對接國際標(biāo)準(zhǔn),推動構(gòu)建包含10–12個國家植物園的具有中國特色、世界一流、萬物和諧的國家植物園體系。 
        在加強研究的過程中,發(fā)達國家的國家植物園往往側(cè)重于全面的生物多樣性保護和環(huán)境教育。相比之下,發(fā)展中國家的國家植物園在此方面還比較欠缺。 
        國家植物園是代表國家植物保護和研究水平的植物園,其主要功能就是對植物多樣性進行保護、研究、科普和利用。國家植物園的核心工作是采取就地保護和遷地保護的方式,解除植物受到的脅迫,向公眾傳遞保護植物的理念,同時開發(fā)并利用花卉果蔬類、藥用保健類、作物品種及其野生近緣種類、環(huán)境改善類、工業(yè)原料類等資源植物。 
        國家植物園的全球使命包括:防止全球植物物種和遺傳多樣性喪失;阻止全球生態(tài)系統(tǒng)進一步退化;提高公眾對植物多樣性的價值及面臨的威脅的認知;以實際行動改善全球自然環(huán)境,并實現(xiàn)自然資源的可持續(xù)利用。從國家植物園的全球使命可以看出,國家植物園可在相關(guān)的國際公約間起協(xié)同作用。 
        在保護、恢復(fù)和利用全球植物多樣性方面,國家植物園可以建立起國際、區(qū)域、國家等各種層次的合作伙伴關(guān)系,制訂和支持國際保護政策,加強全球植物保護能力,如國際植物園保護聯(lián)盟正在推進的全球植物保護戰(zhàn)略(2022-2030):對全球植物多樣性進行編目、評估和信息共享,以保護珍稀瀕危植物;為植物多樣性保護制訂統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);在植物園中收集并遷地保護盡可能多的物種及重要物種的遺傳多樣性;制訂并實施珍稀物種回歸和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)計劃。 
        在應(yīng)對氣候變化方面,國家植物園可以通過遷地保護以保護對氣候變化敏感的物種;評估并促進生物多樣性對可持續(xù)發(fā)展、自然災(zāi)害防治和適應(yīng)氣候變化的益處;分享氣候變化對植物影響的信息;提供鄉(xiāng)土植物種植黃金規(guī)則十條,指導(dǎo)并提高人工造林的固碳量、生物多樣性和經(jīng)濟效益。 
        在支撐可持續(xù)發(fā)展方面,國家植物園可以對人類福祉有價值的植物進行研究和利用;通過在植物園和社區(qū)內(nèi)開展自然教育和科學(xué)素養(yǎng)普及,提高公眾對植物多樣性價值的認知并采取行動。 
        國家植物園需要在植物保護政策、方案和優(yōu)先領(lǐng)域方面建立起全球性框架,同時在植物多樣性保護中建立全球伙伴關(guān)系并發(fā)揮聯(lián)盟作用,并為國家生物多樣性行動計劃和具體的法律提供咨詢。以國家植物園為引領(lǐng)的遷地保護體系,應(yīng)在全球生物多樣性保護中找到合適的“生態(tài)位”,并通過發(fā)展全球伙伴關(guān)系和聯(lián)盟,在植物多樣性保護中發(fā)揮“1+1>2”的作用。 
        國家植物園發(fā)揮保護作用需要創(chuàng)新機制。國際植物園保護聯(lián)盟曾提出植物園保護國際議程,倡議全球植物園在保護植物、分享知識和資源的同時,通過公眾參與,教育激勵人們來共同應(yīng)對全球挑戰(zhàn)。英國皇家邱植物園在2021–2030規(guī)劃中提出,邱園將提供基于科學(xué)的知識和解決方案以保護生物多樣性,并保障自然資源的可持續(xù)利用,激勵人們保護自然世界,培育下一代專家,擴大組織的影響力,影響國際輿論和國家政策。華南國家植物園提出研究、保護和加強可持續(xù)利用的植物資源以支持綠色發(fā)展(圖1)。面對生物多樣性保護的需求,全球國家植物園已開始利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析、保護遺傳學(xué)工具、基因編輯和生態(tài)修復(fù)技術(shù)等技術(shù)進行植物保護、利用和科普。 
        圖1 華南國家植物園(上)和英國皇家邱植物園(下)的溫室保育了數(shù)千種珍稀瀕危植物 
        每個植物園的定位和能力不同,但是全球植物園可以在國際植物園組織和國家植物園的引領(lǐng)下,在全球生物多樣性保護2020后框架下工作,通過創(chuàng)新體制機制,遏制植物物種和遺傳多樣性的喪失和全球自然環(huán)境的進一步惡化,從而實現(xiàn)全球至2050年的生物多樣性保護目標(biāo):與自然和諧共處,生物多樣性價值被承認、保護、恢復(fù)和持續(xù)利用,最終實現(xiàn)全球生態(tài)安全,積極應(yīng)對氣候變化和可持續(xù)發(fā)展。 
        原文鏈接: 
        https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2666675823001066 
        
      2023-08-09
    • 深圳先進院:單層石墨烯一維褶皺到扭轉(zhuǎn)角可控的多層石墨烯的轉(zhuǎn)變機理
      近日,來自深圳理工大學(xué)(籌)、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院、上海科技大學(xué)、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、中國人民大學(xué)和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究者們尋找到了一種石墨烯的折紙方法,可以實現(xiàn)高層間周期的轉(zhuǎn)角石墨烯的可控制備。
        近年來,轉(zhuǎn)角石墨烯受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。轉(zhuǎn)角石墨烯所具有的大周期莫爾晶格(Moiré pattern)及其所帶來的能帶折疊效應(yīng)可以誘導(dǎo)出豐富、新奇的電子結(jié)構(gòu)。尤其是在一些特殊的小角度上,電子結(jié)構(gòu)中所出現(xiàn)的平帶會衍生出很多不尋常的現(xiàn)象,如超導(dǎo)、強關(guān)聯(lián)、自發(fā)鐵磁性等。        
        目前絕大多數(shù)研究采用機械剝離和逐層轉(zhuǎn)移的物理方法對轉(zhuǎn)角石墨烯樣品進行制備,然而,該方法存在條件苛刻、產(chǎn)出率低、界面污染等一系列問題。為發(fā)展更加高效的制備技術(shù),研究者們通過對化學(xué)氣相沉積法中襯底的設(shè)計,陸續(xù)突破了幾種類型的轉(zhuǎn)角石墨烯的規(guī)模化制備難題。然而在對多層石墨烯的轉(zhuǎn)角周期的可控制備方面,并沒有比較普適的解決辦法。        
        近日,來自深圳理工大學(xué)(籌)、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院、上海科技大學(xué)、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、中國人民大學(xué)和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究者們尋找到了一種石墨烯的折紙方法,可以實現(xiàn)高層間周期的轉(zhuǎn)角石墨烯的可控制備。作者們發(fā)現(xiàn),鉑金表面生長的石墨烯會形成一定的褶皺,褶皺長大后向兩旁倒下,并在一些位置撕裂形成一個四重的螺旋位錯中心。褶皺倒下時會折疊其一側(cè)的石墨烯,帶來與褶皺的“手性”角(也就是褶皺的方向與石墨烯晶向的夾角)具有兩倍關(guān)系的單層轉(zhuǎn)角。作者們稱之為“一維手性到二維轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)化關(guān)系”,并利用折紙模型對該現(xiàn)象進行了形象的演示。作者們進一步研究了所形成的螺旋位錯再生長帶來的新奇現(xiàn)象,并發(fā)現(xiàn)各層石墨烯會隨著再生長形成具有周期性的四層轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu),其中第1、3層與原始石墨烯的晶向相同,而2、4層的晶向由褶皺手性角所決定。作者們因此提出了一種新的周期轉(zhuǎn)角多層石墨烯的制備方法:通過控制石墨烯褶皺形成的方向,制備具有特殊層間轉(zhuǎn)角周期的多層石墨烯。該方法也可用于多種可以形成褶皺的其他二維材料。        
        相關(guān)研究成果以“通過石墨烯螺旋的一維到二維的生長將手性轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角”(Conversion of Chirality to Twisting via 1D-to-2D Growth of Graphene Spirals)為題發(fā)表在國際知名期刊Nature Materials上。        
        深理工、深圳先進院丁峰、上海科技大學(xué)Zhu-Jun Wang、中國人民大學(xué)季威和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)Marc-Georg Willinger為本文的通訊作者,上海科技大學(xué)的Zhu-Jun Wang、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的孔瀟、中國科學(xué)院物理所的黃元與上海科技大學(xué)的李軍為文章的第一作者。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院“率先行動”計劃、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。        
        原文鏈接
         
         
        圖1:石墨烯折紙現(xiàn)象的記錄與演示,其中(a-d)原位ESEM實驗所記錄的褶皺形成、倒下和再生長的過程;(e-h)相應(yīng)過程的示意圖;(i-l)利用折紙模型演示褶皺的形成、倒下和再生長。
        圖2:螺旋位錯附近的再生長過程,其中(a-d)原位SEM實驗所記錄的多個反向螺旋位錯附近的再生長過程;(e-h)動力學(xué)蒙特卡洛對該過程的模擬演示;(i)原子尺度分辨率STM所表征的石墨烯褶皺“手性”角;(j-l)利用折紙模型演示褶皺倒下時形成的螺旋位錯及下層石墨烯出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角。(m-t)螺旋位錯再生長所帶來的四層周期轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)示意圖。
         
         
        圖3:石墨烯螺旋的再生長和合并,其中(a-f)原位ESEM實驗所記錄的褶皺出現(xiàn)到最終生長成多層轉(zhuǎn)角石墨烯的全過程;(g)TEM表征下的多層轉(zhuǎn)角石墨烯;(h)原子分辨率的多層轉(zhuǎn)角石墨烯表征圖;(i-k))動力學(xué)蒙特卡洛對該過程的模擬。       
         
        圖4:多層螺旋石墨烯和多層堆垛石墨輸運性質(zhì)的區(qū)別,(a)原子力顯微鏡觀察到的螺旋位錯中心;(b-d)輸運性質(zhì)檢測時的實驗設(shè)置;(e-g)多層螺旋石墨烯和多層堆垛石墨的電阻和磁阻隨溫度變化的關(guān)系。       
         
         
        
      2023-08-08