![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Разработка новых методик синтеза и выращивания монокристаллов из растворов и расплавов. Изучение их состава, морфологии и структурных особенностей. Экспериментальные работы предусматривают развитие инструментально-методической базы исследования фазовых соотношений, эпитаксиальных явлений, образования наноструктур, кинетики и механизма раствор-расплавной и гидротермальной кристаллизации новых боратов, силикатов, фосфатов, ванадатов и других оксидных соединений в условиях высокостабильного теплового режима в многокомпонентных средах, склонных к поликонденсации анионов. В теоретическом плане предполагается установление наиболее общих закономерностей строения полученных кристаллических и аморфных фаз, сравнительный анализ кристаллогенезиса синтетических материалов и их природных прототипов. В прикладном аспекте планируется создание элементов лабораторных технологий выращивания малоразмерных монокристаллов, получения монокристаллических эпитаксиальных микроразмерных пленок и наноструктур с инновационным потенциалом для высокотехнологичных сфер применения.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
4 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Кристаллогенезис в высокотемпературных растворах и расплавах |
Результаты этапа: 1. Совместно с к.г.-м.н. с.н.с. В.В. Мальцевым, к.г.м.н, доцентом Е.В. Копорулиной и асп. Д.А. Напрасниковым продолжены исследования условий раствор-расплавной кристаллизации редкоземельных (р.з.) боратов со структурой хантита и получены кристаллы LuAl-бората, номинального состава, так и легированные эрбием и иттербием, для использования в качестве активных элементов в лазерах ИК диапазона. Для выращивания монокристаллов на затравках требуется уточнение фазовых соотношений в многокомпонентной системе на основе тримолибдата калия. Методами электронной микроскопии и объемной рентгеновской томографии показано распределение микро- и нанокристаллитов в объеме стеклокристаллических композитов на основе GdAl3(BO3)4 и YAl3(BO3)4. 2. В сотрудничестве с к.г.-м.н. с.н.с. В.С. Куражковской, к.г.-м.н. асс. Е.Ю. Боровиковой и маг. С.А. Кокаревым кристаллы RGa3(BO3)4, где R = Nd, Sm – Er, Y, полученные методом раствор-расплавной кристаллизации, изучены методами рентгеноструктурного анализа, инфракрасной и оптической спектроскопии. Синтезированные кристаллы обладают ромбоэдрическими структурами, в то же время в них наблюдается небольшое количество моноклинно упорядоченных встроек, типичных для политипных структур. Бораты EuGa3(BO3)4 и HoGa3(BO3)4 рассматриваютя как перспективные люминисцентные материалы. 3. Совместно с к.х.н. доцентом Е.А. Волковой, к.г.-м.н. с.н.с. В.В. Мальцевым проведены исследования по твердофазному синтезу NdAl3(BO3)4 с целью определения температуры фазового перехода ромбоэдрической модификации неодим-алюминиевого бората в моноклинную. Из растворов в расплавах Nd2O3–B2O3–Al2O3–MoO3–K2Mo3O10 получены на затравках монокристаллы NdAl3(BO3)4, которые в дальнейшем будут использованы в качестве подложек для получения тонких монокристаллических пленок NdAl-бората. 4. Коллективно с к.г.м.н доцентом Е.В. Копорулиной, к.г.м.-н. с.н.с. В.В. Мальцевым и маг. А.В. Стенниковым показано, что, несмотря на низкие температуры плавления, высокая гигроскопичность боратных стекол препятствует получению ганит-содержащих стеклокерамик. В связи с этим, в качестве матриц предложены и экспериментально опробованы составы боросиликатных стекол с температурами плавления не превышающими 1000оС. 5. В гидротермальных условиях при температурах 260–280°С и давлениях 70–100 атм с использованием минерализаторов M2CO3, MZB2O3, где M - Na+, K+, а Z – F- , Cl-, I-, синтезированы силикаты с катионами TR3+, In3+, Y3+(исп. д.г.м.-н., в.н.с. О.В. Димитрова, асп. А. Волков). Кристаллохимические особенности синтеза ТR–силикатов проявляются при изменении размера катиона, что позволяет лучше понять механизм формирования таких соединений. Структура синтезированного нового соединения K8ТR3[Si6O16]2(OH) относится к исследованному ранее структурному типу и имеет оригинальный одноэтажный слой из SiО4-тетраэдров с шестерными, а также с восьмерными и двенадцатимерными кольцами большого диаметра, объединенный в каркас ТRО6-октаэдрами. Крупные поры в межслоевом пространстве смешанного каркаса заполнены катионами К+ , а анионы Cl- в центре восьмерных колец слоя, вхождение которых обнаружено впервые, подтверждают ионообменные свойства кристаллов данного структурного типа. Иттрий по величине ионных радиусов близок к лантаноидам середины и конца ряда, поэтому подобное соединение в сходных по составу растворах было получено и с ним. Для TR–элементов гадолиния и тулия зафиксировано образование новых силикатов KNa2Tm[Si8O19]4H2O и KNa2Gd[Si8O19]4H2O, которые принадлежат семейству открытых недавно минералов – родезита и дельхаелита. Использование минерализаторов, близких по составу к природным растворам, позволило синтезировать силикаты, образование которых приурочено к более высоким природным температурным условиям. | ||
5 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Кристаллогенезис в высокотемпературных растворах и расплавах |
Результаты этапа: Исследованы условия раствор-расплавной кристаллизации редкоземельных (р.з.) боратов со структурой хантита, в том числе и с лютецием, для изучения возможности их применения в качестве активных элементов в лазерах ИК диапазона. Уточнены условия растворимости LuAl3(BO3)4 при условии применения различных растворителей на основе K2Mo3O10 и LiWO4, для каждого из них изучено фазообразование, проведены сравнительные характеристики для этих растворителей при использовании для раствор-расплавной кристаллизации LuAl3(BO3)4. Для выращивания монокристаллов на затравках требуется уточнение фазовых соотношений в многокомпонентной системе на основе тримолибдата калия. Получены кристаллы LuAl-бората, номинального состава, так и легированные эрбием и иттербием, охарактеризованы их спектры поглощения. Продолжены работы со стеклокристаллическими композитами, методами электронной микроскопии и объемной рентгеновской томографии показано распределение микро- и нанокристаллитов в объеме стеклокристаллических композитов на основе GdAl3(BO3)4 и YAl3(BO3)4. Изготовлены новые стеклокристаллические композиты с примесями Er и Yb на предмер изучения их генерационных лазерных и нелинейно-оптических характеристик. Иp растворов в расплавах Y2O3–B2O3–Al2O3–MoO3–K2Mo3O10 получены на затравках монокристаллы YAl3(BO3)4, которые в дальнейшем будут использованы в качестве подложек для получения тонких монокристаллических пленок (Er, Yb)YAl-бората для дальшейшего их применения в лазерных устройствах ближнего ИК диапазона. Методом монокристального рентгеноструктурного анализа исследованы кристаллические структуры RGa3(BO3)4 (R = Eu, Ho). Уточнены параметры гексагональных ячеек a = 9.4657 (1) Å, c = 7.4667 (1) Å и a = 9.4394 (2) Å, c = 7.4322 (1) Å для EuGa3(BO3)4 и HoGa3(BO3)4, соответственно, пространственная группа R32 (R = 1.93% [EuGa3(BO3)4] и R = 1.89% [HoGa3(BO3)4] в анизотропном приближении). Все выращенные бораты были охарактеризованы методом ИК спектроскопии в средней и дальней области. ИК спектры редкоземельных галлиевых боратов отвечают чистому ромбоэдрическому политипу (R32). Небольшие включения моноклинно упорядоченных слоев были определены только для образцов с Eu и Nd. Люминисцентные свойства Eu и Ho галлиевых боратов были исследованы при комнатной температуре. Измерена кинетика затухания люминисценции (EuGa3(BO3)4 (614 nm) 940 μs и HoGa3(BO3)4 (434 nm) 140 μs). УФ край поглощения находится для галлиевых боратов ~ 300 nm, что делает их перспективными материалами для синих и УФ лазеров. В гидротермальных условиях при температурах 260–280 °С и давлениях 70–100 атм с использованием минерализаторов приближенных по составу к природным гидротермам проведены эксперименты по изучению закономерности кристаллизации соединений переходных металлов в фосфатных, ванадатофосфатных и силикатных системах. В фосфатных системах было рассмотрено влияние щелочных катионов (NH4+ ,Na+, Rb+ )на синтез фосфатов таких переходных элементов как Cu, Co, Mn. В результате исследований был получен целый ряд новых соединений. В кобальтовой системе образуется Na2-xCo6(OH)3[HPO4][Hx/3PO4]3 (x=1.1). В системе с алюминием и медью наблюдается кристаллизация RbCuAl(PO4)2. В марганцевой системе синтезирована новая полиморфная модификация минерала ниахита NH4MnPO4.H2O. При исследовании ванадатофосфатных систем отмечено, что при высоких концентрациях (>20%) щелочных элементов, входящих в состав минерализаторов наряду с новым микропоровым аналогом минерала махнертита K2.5Cu5Cl(PO4)4(OH)0.5(VO2)•H2O кристаллизуются борофосфаты и ванадаты щелочных металлов : Li3[(V,P)O4] – новая модификация ванадата лития, [Rb0.24(H2O)0.76]VO(H2O)(PO4) – новая моноклинная разновидность в ряду ванадил фосфатов, и новый цепочечный ванадат Rb4Na(HV10O28) •10H2O. При исследовании силикатных систем получен новый синтетический минерал шибковит K(K1,67H2O0,33)(Ca1.3Na0.7) Zn3Si12O30 . |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".