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導讀

什么叫金屬？這么簡單的問題還要問嗎！可是最近“經(jīng)驗豐富”的Analyzer就在這個問題上栽了跟頭。且看其詳。

且說Analyzer身處實驗室，也算是上至月壤，下至海底錳結核，至剛如金剛石，至柔如滑石，貴如珍珠，棄若固廢，各行各業(yè)，各種材料都見識過。可這次就栽在普普通通的金屬材料上了，一時大意把不是金屬的材料竟當作了金屬。這個讓人翻車的家伙就是↓

各位請看，它外觀是不是具有光澤，而且沉甸甸，敲擊有金屬聲，活脫脫就是個金屬塊。可是馬上翻車就來了，一時大意的Analyzer拿它到PDA上一打，竟然“啞火”了，激發(fā)不了！PDA是島津光電直讀光譜儀的簡稱，它以電弧方式激發(fā)導電樣品中的光譜信號，可進行快速而準確的元素分析。眾所周知，導電是金屬的特性，難道這個樣品不是金屬？

PDA-7000光電直讀光譜儀

啞火讓人惱火，不過更要緊的是弄清它激發(fā)不了的原因。一旁的萬金油能量色散X射線熒光光譜儀(EDX)早就興奮地張大了嘴，“快到碗里來，我這兒不需要樣品能導電！”EDX測試的結果給出了“啞火”的原因——這塊樣品中雖然含有鈷鎳鐵這些金屬元素，但還有高達15%的硫！難怪PDA不能激發(fā)，原來真不是金屬！可它明明長著一張金屬臉呀。

EDX-7000能量色散X射線熒光光譜儀測試狀態(tài)

表1 EDX的元素分析結果

Analyzer的好奇心達到頂峰，開始了一系列的探究行動。先切下來小塊，看看露出的截面，顯微鏡下，更富有金屬光澤了。

顯微鏡下截面照片

在元素成分結果中，與金屬最不相襯的就是這個硫元素了，它以什么形態(tài)存在于樣品中呢？先從原子的空間排布入手，讓X射線衍射兄看看。

XRD-7000 X射線衍射儀

XRD結果表明：

1）樣品中存在Ni3S2和(CoFeNi)9S8；

2）(CoFeNi)9S8推測是Co9S8中的部分Co被FeNi取代；

3）Fe、Co和Ni可能形成了固溶體；

4）可能存在少量CoO；

5）未觀察到CoS類的化合物；

物相結果顯示，樣品以Ni3S2和(CoFeNi)9S8為主，即硫化物。這一結論也通過X射線光電子能譜XPS中元素價態(tài)的測試結果得到了確認。

島津AXIS Supra型光電子能譜儀

XPS結果表明：

1）Co，Ni存在金屬態(tài)與+2態(tài)；

2）Fe受俄歇干擾嚴重，仍能判定有金屬態(tài)存在；

3）S主要以硫化物形式存在，也有少量亞硫酸鹽類氧化態(tài)，推測為表面自然氧化所致。

出動了四個幫手，Analyzer才終于弄清了這個樣品的成分，把翻的車給拖回來了，也長了教訓，原來并不是具有光澤、密度大、敲擊錚錚然的就是金屬。金屬的定義是——具有光澤和導熱性導電性可延展性的物質。雖然光澤可以肉眼觀察，但導熱性、導電性和延展性卻不是第一眼就能了解，因此我們常常以掂量輕重、敲敲打打這些經(jīng)驗來判斷，但終究不可靠，遇上這樣的特殊材料就不靈了。

這么奇怪的材料來自哪里呢？細心的親們大概發(fā)現(xiàn)了，Ni、Co這些都是現(xiàn)在熱門的鋰電池正極材料中的重要元素。三元正極材料中Ni、Co、Mn來源也是對應的有色礦，而將這些元素從礦物中提取出來有各種工藝，冶金上分濕法和火法。我們這塊樣品就是典型的火法產(chǎn)物，礦物中的Ni、Co、S等元素在高溫下形成了Ni3S2和(CoFeNi)9S8等形態(tài)，它們也具有金屬的光澤，不經(jīng)意間就讓Analyzer吃一塹長一智，又增了見識。