——记中国地质大学（北京）科学研究院晶体结构实验室

本刊记者　肖贞林

　　这是一个历史积淀深厚的实验室。
　　这也是一个科研实力雄厚的实验室。
　　中国地质大学（北京）科学研究院晶体结构实验室（以下简称实验室）于1959年由我国已故著名结晶矿物学家彭志忠教授创建，从此开拓了我国地学界矿物晶体学研究的新领域，并成为国内矿物晶体学的研究中心，在推动国内地学界矿物晶体学实验及研究方面发挥了重要的作用。
　　如今，实验室在李国武教授、熊明副教授的带领下，继承彭志忠教授衣钵，接下马喆生、施倪承教授的班，继续集科研、实验、教学和社会科研服务于一体，以科研推动实验、以实验促科研，以出人才、出成果为目的，取得了突出的成绩：不仅保持了实验室在新矿物发现与研究、矿物新晶体结构、矿物晶体学研究以及公度非公度调制结构研究、仪器新方法开发应用、矿物新材料结构与性能的研究等方面的研究特色。而且在新矿物及矿物晶体结构研究方面也始终处于国内领先地位，在国际上也有重要影响。作为学校窗口，实验室还接待了多批国内外专家、学者的来访、合作研究及参观学习。
　　老树春深更著花。实验室展示出的这种勃勃生机以及强劲的发展势头，不禁让人思考，多年来是什么推动着实验室走上发展的快车道？是什么在支撑着一批实验室人在不懈努力不懈奋斗？日前，我们走进了这个实验室，了解他们取得的成绩，以及其背后的经验与故事。
　　
引进仪器求创新
　　
　　在学校及有关部门的支持下，中国地质大学（北京）科学研究院晶体结构实验室于2000年得到了“211工程”地球物质科学和岩矿新材料学科群的资助，引进了当时具有先进技术水平的平面探测器单晶X射线衍射仪，德国BRUKER公司生产的BRUKER SMART APEX-CCD X射线单晶衍射仪，该仪器具有要求单晶粒度小（70微米）、数据收集时间短、数据精度高灵敏度高等优点，是单晶物质结构分析，晶胞参数测定，衍射强度数据收集，以及微量粉晶衍射等晶体结构分析及衍射分析的主要仪器。
　　实验室在充分发挥其现有功能的同时，不忘积极开拓仪器的应用范围。在对仪器现有测试分析应用的同时，在李国武教授的带领下创新地开发了利用单晶衍射仪进行粉晶衍射的两种新方法，一种是微量粉晶衍射新方法，该方法是利用CCD单晶衍射仪旋转法功能，进行粉晶衍射分析，在鲕粒矿物环带，矿物包体，纤维矿物等微量粉晶衍射方面发挥了其重要的作用。另一种则是单晶德拜衍射新方法，该方法在分析CCD衍射仪原理的基础上，创新性的提出了利用CCD单晶衍射仪旋转图组合法加上自行开发的处理软件来实现德拜衍射图的新方法。该方法只需要0.2mm的一个颗粒就可以获得粉晶衍射数据，对于难以进行常规衍射分析的稀有样品的衍射研究开辟了新的途径，有重要的推广价值和实用意义。特别是在国家自然科学基金支持下，解决了以前不能测定的核幔稀有矿物的衍射分析问题，利用该方法提供的数据应用于新矿物的衍射数据及结构精修，其成果得到了国际新矿物命名委员会的认可。
　　实验室十分重视发挥仪器的使用潜能，除服务于本校科研外，还积极开拓对外科研服务，仪器的服务对象包括中科院化学所、物理所、感光所、地球物理所、地科院地质所、清华大学、北京大学、南京大学、中山大学、北京化工大学等国内外主要研究院所和高等院校，并与部分单位建立了长期的科研协作关系。
　　
硕果频出成绩显
　　
　　新矿物的发现是国家及研究单位科研水平的重要标志之一。近年来，实验室利用先进的测试技术，以及数十年来研究新矿物积累起来的丰富实践经验，在新矿物发现及新矿物研究方面取得了重要成果，这些成果都得利于在CCD单晶衍射仪上采用的德拜衍射新方法，很好地解决了稀有微量矿物的X射线粉晶衍射数据收集问题，终于达到了对单体颗粒细小至70微米左右矿物晶体获取完整的衍射数据。实验取得了一整套完整的X射线衍射数据及晶体学数据，为新矿物提交到国际新矿物及矿物分类委员会的表决通过奠定坚实基础。目前已批准的十余个新矿物多是由于衍射数据的获得和晶体结构的阐明才得以确认批准的。
　　地球深部物质的晶体学研究一直是实验室实验工作的重要组成部分。2001年以来，实验室在与中国地质科学院地质研究所合作对西藏罗布莎铬铁矿中的地幔矿物进行了100多个样品的实验测试，通过微量X射线衍射方法鉴定出20余种矿物种属。确认了一批具有温度、压力标征意义的超高压(UHP) 矿物，如金刚石、硅金红石、方铁矿、碳硅石、桐柏矿及碳钨矿等。测试研究了一批天然金属合金、金属碳化物及金属硅化物等矿物。其中被国际新矿物命名委员会批准的新矿物有：罗布沙矿、雅鲁矿、藏布矿、曲松矿、林芝矿、那曲矿和自然钛等7种。
　　近五年来，实验室通过承担国家自然科学基金项目及其合作研究，测试单晶样品超过800个，通过该仪器测试数据而发表的新结构近百个，内容涉及到合成物质、功能材料、有机物、配合物、合金、药品、天然矿物、宝石样品等领域。在国内外核心刊物及会议上发表论文80余篇，三大检索收录论文20余篇；研究发现新矿物16种，约占我国近年来发现新矿物的90%。获得国家发明专利两项。
　　
群雁高飞头雁领
　　
　　头雁领着群雁飞。实验室取得如此成绩李国武教授功不可没。李国武教授有多年的晶体结构晶体化学和X射线分析、矿物学、材料学的科研工作经历，建有国内晶体学界颇有影响的晶体结构专业网站-晶体之星。他还利用CCD单晶衍射仪创新性的发展了微量粉晶衍射新方法和单晶德拜衍射新方法并开发了相应的分析软件，解决了微量矿物的衍射分析问题，作为仪器功能拓展研发成果，李国武教授开发的这两种方法得到了学校和国际上的认可。
　　在新矿物的发现与研究工作中，李国武教授作为主要发现人发现了16种新矿物，被国际矿物学会新矿物及矿物分类命名委员会所批准。在矿物晶体结构研究领域，李国武教授也做出了突出贡献，近年来共测定研究了20余种矿物新结构，获得了一系列的重大发现，发现了新矿物矿物丁道衡矿的赝对称空间群；在钡铁钛石中发现一种晶胞参数在三维方向上都有加倍的三维公度超结构；发现具有三倍晶胞体积的超结构叶绿矾新多型；发现了红色绿柱石中的超结构。他还发现了一种全新的层状硅酸盐结构新类型，即新矿物汉江石中TOT型+CaBaCO3F层的结构类型，这一发现丰富了层状硅酸盐矿物的结构类型，这亦为世界首次发现的新结构。
　　李国武教授的以上研究成果均以文章形式在包括美国矿物学家、欧洲矿物家、加拿大矿物学家、地质学报、矿物学报、岩石矿物学杂志等国际国内期刊上发表了学术论文，累计达80多篇，成果得到了国际国内同行的广泛关注和引用，多个晶体结构数据被无机晶体结构数据库（ICSD）和粉晶衍射数据库（ICDD）等收录。
　　在李国武教授的带领下，实验室始终注重人才培养，承担本科生、研究生的教学培养工作，为本科生、研究生开设有与现代测试技术和X射线衍射分析相关的课程。近五年已培养硕士、博士研究生10名，研究生的质量在校内、外得到了好评。他们在国内外科研院所及重点高校中发挥着重要作用。
　　李国武教授表示，他们期待在学校的继续支持下，不断开发和完善仪器的测试及应用，培养出更多的优秀人才，结合学校的学科专业发展，实验室将把新矿物发现与研究、矿物晶体结构测定研究作为重点研究发展方向，兼顾岩石矿物学科和材料结构与性能研究，使该室的研究水平及研究成果逐步向世界水平靠近，在研究工作中创造出更优异的成绩！