基本介紹
- 中文名:魏德曼花紋
- 外文名:Widmanstätten pattern
- 別稱:湯姆森結構、湯姆森—魏德曼構造
- 發現人:G. 湯姆森
- 發現時間:1804年
- 命名人:阿洛伊斯·魏德曼施泰登
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發現歷史
在1808年,這種圖型以維也納的帝國磁器廠廠長阿洛伊斯·魏德曼施泰登的名字命名。當將鐵隕石加熱時,魏德曼注意到顏色和光澤的變化,在不同區域的鐵合金會以不同的速率氧化。他並沒有發布它的發現,只是在同事之間進行口頭上的溝通。此一發現被維也納礦物和動物學展示所的所長Carl · Schreibers認同。
然而,研究發現這項發現應該歸給早他四年公布相同結果的G. 湯姆森。
湯姆森於1804年在那不勒斯工作時,曾以硝酸處理克拉斯諾亞爾斯克隕石,嘗試消除氧化造成的變化。隕石在與硝酸接觸後不久,表面出現了奇怪的花紋,他如上文所述的作了詳細的說明。在義大利南部的內戰和政治上的不穩定,使湯姆森很難和他在英國的同事保持聯繫。替他傳訊的人被謀殺,這使他遺失了重要的通訊。結果是,在1804年,他的發現只在法國的Bibliothèque Britannique上發表。在1806年初,法國的拿破崙入侵那不勒斯,湯姆森被迫逃到西西里,在1806年的11月,他在巴勒莫過逝,享年46歲。在1808年,湯姆森的工作再度在義大利被發表於Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena。橫掃歐洲的拿破崙戰爭妨礙了湯姆森和科學界的接觸,另一方面,他的早逝也使他的貢獻被埋沒了許多年。
花紋名稱
對這種花紋圖樣最常被用到的名稱是魏德曼花紋或魏德曼構造,但是在拼寫上有一些變化:
- Widmanstetter:Frederick C. Leonard建議的。
- Widmannstätten:例如用在月球上的魏德曼月球坑。
- Widmanstatten:英語的。
此外,由於G. 湯姆森較早發現此種花紋,有些作者建議將這種花紋稱為湯姆森構造,或是湯姆森—魏德曼構造。
形成機制
金屬顯微鏡拋光切面呈現的魏德曼花紋。
鎳紋石是在熔點以下的溫度均勻混合的鐵和鎳合金。在溫度900到600 °C,與鎳的含量相關;有兩種鎳含量不同的穩定合金:錐紋石的鎳含量低,只有5%至15%的鎳;鎳紋石的鎳含量高,可以高達50%。八面體隕鐵隕石的鎳含量規範需要介於錐紋石和鎳紋石之間,這會導致錐紋石在緩慢降溫的條件下,錐紋石板會在鎳紋石的晶格中沿著某一個晶軸平面的方向成長。
低鎳含量的錐紋石在固體金屬內擴散的溫度介於700至450 °C,並且以大約每百萬年降低1至100度,非常緩慢的速度降溫。這可以解釋:為何在實驗室中無法製造出此種結構。
花紋用途
花紋標本
有許多不同的方法可以顯示出鐵隕石上的魏德曼花紋,通常第一步是要先切片和拋光,然後清理和移除任何拋光時殘留下的污垢,最後將切片放入硝酸來處理,常用的是以鐵氯來處理。由於每顆隕石的鎳含量不同,蝕刻所需要的時間也不同,通常是30秒至1分鐘左右。隕石一但被酸蝕刻,通常需要用強鹼性試劑來平衡,例如碳酸鈉,以移除殘留下的酸,並且清洗和乾燥,使用輕潤滑油可以協助抗腐蝕性。
花紋特徵
尺寸
- Ogg:最粗糙的八面體隕鐵,錐紋石的頻寬大於3.3mm,鎳含量在5%-9%。
- Og :粗糙的八面體隕鐵,錐紋石的頻寬在1.3-3.3 mm,鎳含量在6.5-8.5%。
- Om:中等的八面體隕鐵,錐紋石的頻寬在0.5-1.3 mm,鎳含量在7-13%。
- Of :細緻的八面體隕鐵,錐紋石的頻寬在0.2-0.5 mm,鎳含量在7.5-13%。
- Off:最細緻的八面體隕鐵,錐紋石的頻寬小於0.2 mm,鎳含量在17-18%。
沒有魏德曼花紋的鐵隕石:
- 沒有任何結構的稱為無紋隕鐵。
形狀
以不同的方向切割的隕石平面會影響到魏德曼花紋的形狀和方向,因為在八面體上的錐紋石薄片是精確排列的。八面體隕鐵的名稱來自於晶體的結構是並聯的八面體,相對的面是互相平行的。所以雖然八面體有八個面,但錐紋石只有四個面。鐵和鐵-鎳只會形成八面體結晶的情形非常罕見,但是這些在晶體學上的八面體仍然與外部的行為無關。沿著不同平面切開的八面體隕鐵,或者任何八面體對稱的物質,是正立方對秤體的次分類,都會呈現下面之中的一種型態:
- 垂直立方體三個軸之一切下:兩組彼此互相垂直的條紋。
- 平行於八面體之一的平面切下,與三個軸的晶體中心等距離:三組條紋彼此成60°斜交的條紋。
- 其他的角度:四組以不同任意角度交叉的條紋。
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