拉曼光谱探析高煤级煤-隐晶石墨结构演化的关键转折

高煤级煤—隐晶质石墨的Raman光谱表征及结构演化研究是一项深入探讨碳材料结构特性的重要课题。拉曼光谱作为非破坏性的分析工具，通过测量材料内部分子振动模式来揭示其微观结构信息。在本文中，研究人员针对受岩浆热变质影响的高煤级煤和隐晶质石墨样品进行了细致的光谱分析。 首先，研究发现G峰的位置与面网间距(d002)呈现出明显的阶梯变化，这对于区分石墨和高煤级煤具有较高的精度。G峰是石墨的典型特征峰，其位置的变化可以反映出结构的有序程度。同时，S2峰位、D1峰（表示碳原子的缺陷）与G峰的半峰宽也与d002保持良好的线性关系，这些参数的变化反映了结构的缺陷程度和碳链的长度。 在结构演化过程中，特别关注了两个关键阶段：无烟煤至变质无烟煤阶段，这个阶段的Rmax（最大拉曼散射强度）超过6.5%，D1与G峰的频率差(P(D1-G))小于235cm-1，S2与S4峰的频率差(P(S2-S4))大于525cm-1，此时半峰宽比显著下降，La/Lc值减小2~3倍，这表明该阶段经历了强烈的芳构化和芳环缩合作用，导致碳原子的排列方式从独立的芳香环向叠片拼接转变。 另一个重要的阶段是从半石墨到石墨的转变，这一过程伴随着P(D1-G)、ID1/IG（D1峰强度比）和AD1/AG（峰面积比）的显著降低，同时La（拉曼强度参数）和Lc（峰宽度参数）快速增加。这些变化反映出石墨化进程中的结构紧密度增强和缺陷减少。 整个研究利用拉曼光谱作为标度，有效地捕捉了高煤级煤和隐晶质石墨在不同演化阶段的特征，这对于理解煤的形成历史和指导煤炭的高效利用具有重要意义。通过X射线衍射等辅助手段，研究人员能够更全面地解析煤炭的微观结构和物理性质，为煤炭地质学和勘探领域提供了宝贵的数据支持。 这项研究不仅深化了我们对高煤级煤—隐晶质石墨结构演化的理解，也为煤炭资源的评价和利用提供了科学依据，促进了煤炭产业的可持续发展。