[发明专利]一种纳米金属铁获得及包裹的方法

说明书

本发明公开了一种纳米金属铁获得及其包裹的方法，该方法是一种实验室模拟制备月壤中纳米金属铁的方法，通过轰击铁靶得到纳米铁，轰击玄武岩靶得到包裹纳米铁的絮状物；激光轰击沉积后的铁小球主要是以零价铁形式存在，并且为多晶体；通过调节脉冲激光轰击频率与轰击时间等参数控制纳米铁的大小与含量，可批量模拟月壤的纳米铁包裹结构，用于模拟更真实的月壤月尘样品。

技术领域

本发明涉及地球化学领域，特别是涉及一种模拟月壤中纳米金属铁获得及包裹的方法。

背景技术

月球与地球不同，没有大气和磁场的保护，长期遭受太空风化作用。纳米金属铁(npFe⁰)被发现以圆形小球状广泛存在于月壤的胶结质玻璃相中以及月壤颗粒的表面非晶质环带里，它的形成被认为与太空风化有关。通过对阿波罗月球样品研究，纳米金属铁是改变月球表面反射光谱最主要的因素。

通过对纳米金属铁的实验模拟研究，可以为其成因解释以及为月球与无大气天体遥感数据的解译提供有力的理论依据，同时可以为模拟月尘月壤系列标准物质中加入纳米金属铁提供实验指导。

目前，国内外为模拟月壤中的纳米金属铁已展开了系列实验，其中为模拟(微)陨石轰击熔融还原作用，将橄榄石、辉石、斜长石和玄武岩玻璃在氢气气氛中加热到1100℃，并迅速冷却，这种方法得到了亚微米甚至几个微米的金属铁，但大大超出了月壤中纳米金属铁的粒径范围；利用脉冲激光辐射橄榄石和辉石模拟模拟(微)陨石轰击蒸发沉积作用，观察到橄榄石颗粒表面非晶化并且包裹纳米金属铁，但是辉石中没有发现此结构，并且纳米金属铁含量低，实验结果可重复性较差；同样利用脉冲激光辐射含铁量低的斜长石，也观察到不同形状熔融体；模拟太阳风粒子溅射沉积作用，主要用离子注入机将高能的H、He离子注入橄榄石和辉石，离子注入后样品表面出现了非晶质薄层以及气泡结构，但并没有观察到纳米金属铁。还有一些非成因模拟方法，如化学合成溶胶凝胶法、微波熔融法、磁控溅射法以及两步热处理法等，但是这些方法都不能批量模拟得到接近真实月壤圆形小球状的纳米铁。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种模拟月壤中纳米金属铁获得及包裹的方法。

一种纳米金属铁获得及包裹的方法，包括以下步骤：

A、将铁靶、玄武岩靶和基底放入石英玻璃充填氮气保护瓶中，先用脉冲激光轰击玄武岩靶材，轰击次数为5500-6500次；

B、静置8-15分钟，待轰击出的熔融体或等离子体沉积于基底上，改用铁靶轰击3400-3700次；

C、再静置8-15分钟，改用玄武岩靶激光轰击5500-6500次，静置8-15分钟，让激光轰击出的铁包裹于玄武岩中，即可。

优选的，玄武岩靶材的轰击次数为6000次，铁靶的轰击次数为3600次。

优选的，所述的每次轰击后的静置时间为10分钟。

优选的，所述的脉冲激光轰击设备为Continuum型号Surelite I-10激光器。

优选的，所述的轰击参数为：激光波长532nm，能量200mJ，脉冲宽度4-6ns，聚焦束斑0.5mm，轰击频率分别为玄武岩靶10Hz、铁靶2Hz，靶材倾斜45°，靶材与基底距离2.5cm。

对激光轰击样品进行形貌观察，发现铁靶和玄武岩靶轰击出的熔融体或等离子体沉积产物形态为絮状和圆形小球状。沉积后的形态主要与轰击频率有关，轰击频率越小，越倾向于形成较大的圆形球；轰击频率越大，则会形成较多絮状物。通过控制轰击频率可以控制形成圆球的大小，以及是否形成絮状物。为了使铁以纳米圆形小球状包裹于玄武岩絮状物中，轰击铁靶与玄武岩靶采用不同的频率，其中铁靶轰击频率为2Hz，形成纳米级别圆形小球，而玄武岩靶轰击频率为10Hz，主要形成絮状物。同时实验时采用玄武岩靶-铁靶-玄武岩靶顺序轰击。

本发明的有益之处在于：