|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Новые минералы и синтетические аналоги: кристаллогенезис и особенности кристаллохимииНИР
New minerals and synthetic analogues: crystallogenesis and crystal chemistry
- Руководитель НИР: Якубович О.В.
- Участники НИР: Боровикова Е.Ю., Волков А.С., Генсицкий А.А., Димитрова О.В., Дудникова В.Б., Жиляева А.И., Кабалов Ю.К., Кирюхина Г.В., Ксенофонтов Д.А., Кучериненко Я.В., Мальцев В.В., Марченко Е.И., Марченко Е.И., Стефанович А.С., Шванская Л.В., Ямнова Н.А.
- Подразделение: Кафедра кристаллографии и кристаллохимии
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2023 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 6-5
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116033010121-7
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Комплексные фундаментальные исследования вещества и динамики геосфер Земли, разработка моделей ее глубинного строения, открытие минералов и создание новых материалов
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.17 Кристаллохимия и кристаллография
- 38.35.17 Кристаллография минералов
- Классификатор OECD: Кристаллография, Минералогия
-
Ключевые слова:
оксиды, фазообразование, кристаллогенезис, кристаллохимическая систематика, бораты, раствор-расплавная кристаллизация, молибдаты, новые структурные типы, силикаты, борофосфаты, фосфаты, полисоматические серии, ванадаты, вольфраматы, дефекты в кристаллах
vanadates, polysomatic series, new structural types, crystallogenesis, solution-melt crystallization, borophosphates, oxides, defects in crystals, borates, phosphates, tungstates, molybdates, phase formation, crystal chemical systematics, silicates -
Описание:
Цель и назначение – получение новой структурной информации для природных и синтетических соединений из различных кристаллохимических классов, наиболее часто представленных в условиях геологической системы: силикатов, фосфатов, боратов, боросиликатов, ванадатов, арсенатов, борофосфатов, оксидов и др. Полученные данные о составе, кристаллической структуре и свойствах новых соединений необходимы для построения моделей кристаллогенезиса в различных Р/Т условиях минералообразования. Прикладное значение планируемых экспериментов обусловлено значимостью минеральных объектов и новых синтетических материалов для современных технологий: топливные элементы, магнитные кристаллы, микро- и макропористые соединения, оптические кристаллы, катализаторы и др. Новая структурная информация будет использована в международных современных структурных банках ICSD, ICDD, а также в открытых кристаллохимических базах данных. Способы достижения: - гидротермальный синтез, при варьировании исходных концентраций компонентов системы и растворителей в условиях температур, типичных для природных систем гидротермалитов и пегматитов; - твердофазный синтез и раствор-расплавная кристаллизация в открытых системах при высоких температурах с растворителями различных типов. - рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ новых минералов и продуктов кристаллизации, полученных в лаборатории; определение состава соединений, их оптическое исследование и изучение физических свойств. - анализ топологии, кристаллохимических связей, закономерностей кристаллогенезиса, выявление новых структурных типов и компьютерное моделирование структуры и свойств соединений.
-
Abstract:
The purpose is to obtain new structural information for natural and synthetic compounds from various crystal chemical classes most frequently represented under the conditions of the geological system: silicates, phosphates, borates, borosilicates, vanadates, arsenates, borophosphates, oxides, etc. The obtained data on the composition, crystal structure and properties of new compounds are necessary for building models of crystallogenesis in various P / T mineral formation conditions. The applied significance of the planned experiments is due to the importance of mineral objects and new synthetic materials for modern technologies: fuel cells, magnetic crystals, micro- and macroporous compounds, optical crystals, catalysts, etc. The new structural information will be used in international modern structural banks ICSD, ICDD, and also in open crystal chemical databases. Ways to achieve: - hydrothermal synthesis, by varying the initial concentrations of the system components and solvents under the conditions of temperatures typical for natural systems of hydrothermalites and pegmatites; - solid-phase synthesis and solution-melt crystallization in open systems at high temperatures with various types of solvents. - X-ray structural and X-ray phase analysis of new minerals and crystallization products obtained in the laboratory; determination of the composition of compounds, their optical study and the study of physical properties. - analysis of topology, crystal-chemical bonds, patterns of crystallogenesis, identification of new structural types and computer modeling of the structure and properties of compounds.
-
Планируемые результаты:
Новые кристаллические фазы, синтезированные различными методами, моделирующими как природные геохимические системы, так и различные P/T условия минералообразования земной коры. Установление состава и кристаллических структур минералов и синтетических аналогов оксосолей из различных классов, наиболее распространенных в Земной коре: силикатов, фосфатов, боратов, а также борофосфатов и молибдатов. Выявление особенностей магнитного поведения новых фосфатов, ванадатов и боратов, содержащих магнитно-активные ионы переходных металлов; термодинамические свойства ряда минералов из разных химических классов, оптические характеристики новых кристаллов. Фиксация кристаллохимических корреляций между новыми синтетическими фазами и минеральными аналогами. Выделение гомологических серий и морфотропных рядов соединений; параметров, обусловливающих смену структурных типов в рядах формульных аналогов различного химического состава, а также границы преобразований. Выявление корреляций между структурными особенностями изученных природных и синтетических кристаллов, их свойствами и генезисом. Результаты исследований будут опубликованы в реферируемых научных изданиях и представлены на конференциях в России и за рубежом.
-
Научный задел:
Наш коллектив имеет большой опыт работы в области гидротермального синтеза кристаллов в контролируемых условиях температуры, давления и концентрации исходных компонентов. Мы также владеем методами высокотемпературного роста кристаллов: твердофазного синтеза и спонтанной кристаллизации в условиях раствора-расплава. На протяжении многих лет коллектив проводит структурно-генетические исследования минералов и синтетических аналогов минералов с амфотерными оксокомплексами. Основной научный задел, полученный на протяжении последних лет по тематике настоящей работы связан с результатами экспериментального исследования кристаллических структур большой группы новых и редких минералов, а также синтетических соединений, характеризующихся рядом технологически важных свойств. Открыто около 30 новых минеральных видов и установлены новые структурные типы среди минералов, большинство из которых являются продуктами фумарольной деятельности вулканов Толбачик и Безымянный (Камчатка, Россия). Среди синтезированных гидротермальным методом щелочных, щелочноземельных фосфатов, ванадатов, борофосфатов, боратов, силикатов, боросиликатов выявлены соединения, обладающие цеолитными, ионно-проводящими, ионно-обменными, магнитными и нелинейно-оптическими свойствами.
- Добавил в систему: Якубович Ольга Всеволодовна
Источник финансирования НИР
| госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Синтез кристаллов и исследование структур новых минералов различного генезиса, а также синтетических соединений с потенциально важными физическими свойствами |
| Результаты этапа: ииииииииииииииииииииииииииииии | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Кристаллохимия минералов и их синтетических аналогов |
| Результаты этапа: Проведены экспериментальные исследования состава и кристаллических структур минералов и синтетических аналогов оксосолей из различных классов, наиболее распространенных в Земной коре: силикатов, фосфатов, боратов, а также борофосфатов и молибдатов. Использованы различные методы получения кристаллов, имитирующие как высокотемпературные условия кристаллизации (раствор-расплавный синтез), так и гидротермальный среднетемпературный процесс. Порошковая рентгеновския дифракция (метод Ритвельда) и монокристальный рентгеноструктурный анализ позволили получить отвечающие уровню мировых стандартов данные о кристаллических структурах потенциально новых и редких минералов, а также их синтетических аналогов. Надежные структурные характеристики явились необходимой основой проведения кристаллохимического анализа и последующих обобщений, в том числе выявления корреляций между структурными особенностями изученных природных и синтетических кристаллов, их свойствами и генезисом. В ходе работ этапа 2017 года участниками НИР опубликовано 30 статей в ведущих отечественных и зарубежных периодических научных изданиях, в том числе 10 статей в высокорейтинговых журналах из списка ТОП25, одна монография, представлены доклады на конференциях различного уровня в России и за рубежом. В рамках работ по проекту защищена кандидатская диссертация. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Особенности кристаллохимии новых минералов и синтетических аналогов в контексте генезиса |
| Результаты этапа: В лабораторных условиях поставлены эксперименты по синтезу аналогов минералов фосфатов, ванадатов, боратов и борофосфатов. Методами монокристального рентгеноструктурного анализа и порошковой дифрактометрии установлены кристаллические структуры новых и редких минералов, а также синтетических кристаллов различного состава и генезиса. Изучены магнитные свойства новых фосфатов и ванадатов, содержащих магнитно-активные ионы переходных металлов первого ряда, термодинамические свойства ряда минералов из разных химических классов. Исследованы ИК-спектры и ионная проводимость твердых растворов фосфатов-арсенатов со структурой Sc2(WO4)3, методом межатомных потенциалов проведено моделирование твёрдых растворов Ca1-xNax/2Gdx/2MoO4, оценены их структурные, физические и термодинамические свойства и дан анализ локальной структуры. В рамках изучения фазовых соотношений в сложных системах RM3(BO3)4–(K2Mo3O10–B2O3–R2O3) (R–иттрий и лантаноиды) (M- Al, Cr) выращены монокристаллы боратов составов (Er,Yb):GdAl3(BO3)4, (Er,Yb):LuAl3(BO3)4, GdСr3(BO3)4, TbСr3(BO3)4, SmСr3(BO3)4, исследованы их оптические и магнитные свойства. В системе RMgB5O10 (R – La, Gd, Y) с применением в качестве растворителя K2Mo3O10 впервые получены кристаллы (Er, Yb):YMgB5O10 оптического качества. На основе проведенных экспериментальных исследований для ряда минералов и синтетических аналогов установлены корреляции в цепочке «условия образования ‒ химический состав ‒ кристаллическая структура ‒ физические свойства. | ||
| 4 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Новые минералы и синтетические фазы: сравнительная кристаллохимия |
| Результаты этапа: Новые экспериментальные данные, полученные в результате выполнения этапа 2019 года, а также их кристаллохимический анализ и последующие обобщения позволили констатировать следующее. Синтезированы кристаллы 15 новых соединений, изучены их кристаллические структуры и сделан прогноз физических свойств. Проведены кристаллохимические корреляции между новыми синтетическими фазами и минеральными аналогами. Выделены гомологические серии и морфотропные ряды соединений; выявлены параметры, обусловливающие смену структурных типов в рядах формульных аналогов различного химического состава, а также границы преобразований. В 2019 году участниками НИР опубликовано 36 статей в ведущих отечественных и зарубежных научных изданиях, в том числе 7 статей в высокорейтинговых журналах из списка ТОП25, представлены доклады на конференциях различного уровня в России и за рубежом. В рамках работ по проекту защищена диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. | ||
| 5 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Перспективные физические свойства синтетических аналогов минералов в контексте особенностей кристаллохимии |
| Результаты этапа: Исследованы закономерности кристаллизации минералоподобных соединений в различных модельных экспериментах, имитирующих условия формирования минералов на различных стадиях кристаллогенезиса в природе. Использованные методы характеристики вещества (рентгенодифракционные, спектральные, компьютерного полуэмпирического моделирования) позволили получить новую научную информацию по кристаллохимии и физическим свойствам минералов и их синтетических аналогов. Основные полученные результаты за 2020 год сводятся к следующнму: - опубликовано два обзора, посвященных описанию кристаллохимии и физических свойств синтетических аналогов минералов как матриц для дизайна магнитных материалов и материалов для электродов щелочных аккумуляторов; - в рамках исследования особенностей кристаллизации, кристаллохимии и свойств минералов пегматитов проведено комплексное изучение строения и свойств новых фосфатов и силикатов с атомами щелочных и переходных металлов; - показана решающая роль минерализаторов при синтезе новых йодатов со структурами, обладающих перспективными физическими свойствами, а также соединений, которые могут быть обнаружены в природе; - установлено, что образец смешанного силикатно-фосфатного состава, характеризующийся рентгенодифракционной картиной монокристалла, представляет собой гетерогенный эпитаксиальный сросток фосфатной и силикатной фаз с близким кристаллическими структурами минералов ортоклаза и парацельзиана; - методами теоретического полуэмпирического моделирования рассчитаны термодинамические свойства смешения твердых растворов MgSiO3 и CaSiO3, содержащих РЗЭ при давлениях верхней части нижней мантии Земли. Показано что тяжелые РЗЭ аккумулируются преимущественно в бриджманите MgSiO3, а легкие РЗЭ в CaSiO3-перовските; полученные данные применимы для интерпретации микроэлементного состава включений в природных алмазах из кимберлитов; - методом порошковой рентгенографии проведены исследование ряда минералов и синтетических соединений, многие из которых обладают технологически важными свойствами (иммобилизация радиоактивных отходов, ионная проводимость, сырье для производства стекла и др.); - показано, что водный борофосфат лития и алюминия Li3{Al2[BP4O16]}2H2O, полученный в гидротермальных условиях, содержит подвижные ионы лития в каналах кристаллической структуры, что предполагает вероятность использовано нового соединения при разработке Li-проводящих материалов; - выявлены структурные особенности Ga и Ge содержащих турмалинов, характерные черты их колебательных спектров при нормальных условиях и повышенном давлении, проведено моделирование динамики решетки, зафиксирована смена механизма сжатия при давлении ~18 ГПа, которая может свидетельствовать о фазовом переходе; - на основе моделирования шеелитоподобных твердых растворов методом межатомных потенциалов показано, что твердые растворы в системе CaMoO4 – NaGd(MoO4)2, перспективные для использования в технологии светодиодов белого цвета и лазерных применений, существуют во всем диапазоне составов и близки к идеальным; - установлены условия выращивания монокристаллов RMBO, (R=La, Gd, Y) оптического качества для применения в лазерах с диодной накачкой, работающих в спектральном диапазоне 1060 и 1500 нм. Стинтезированы методом спонтанной кристаллизации из сложного раствора-расплава монокристаллы ErCr3(BO3)4, TbCr3(BO3)4 и YbCr3(BO3)4, со струкутрами хантита или доломита, пригодные для изучения их физических свойств. В 2020 году участниками НИР опубликовано 30 статей в ведущих отечественных и зарубежных научных изданиях, в том числе 5 статей в высокорейтинговых журналах из списка ТОП25, представлено 5 докладов на конференциях. | ||
| 6 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Новые минералы и синтетические аналоги: кристаллогенезис и особенности кристаллохимии |
| Результаты этапа: | ||
| 7 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Новые минералы и синтетические аналоги: кристаллогенезис и особенности кристаллохимии |
| Результаты этапа: | ||
| 8 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Новые минералы и синтетические аналоги: кристаллогенезис и кристаллохимические особенности |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
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".