ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
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.
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.
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.
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.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | 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. | Минералоподобные кристаллические фазы как основа материалов с перспективными физическими свойствами |
Результаты этапа: С использованием минералоподобных технологий синтезированы новые перспективные соединения из различных кристаллохимических классов, изучены их кристаллические структуры и физические свойства. Проведены кристаллохимические исследования больших групп минералов и их синтетических аналогов с целью выявления закономерностей строения и кристаллогенезиса. В результате работ этапа получены новые научные результаты и предложены области для их применения в материаловедении и в преподавании университетских курсов кристаллохимии, минералогии, кристаллофизики. Основные полученные результаты 2021 года, следующие: - опубликована монография, основанная на данных экспериментальных рентгеноструктурных исследованиях и сравнительно кристаллохимическом модульном анализе анализ больших групп соединений классов силикатов, боратов, карбонатов, карбонатоборатов, сложных оксидов и оксофосфатов. Представленные в монографии результаты экспериментальных исследований более 50-ти соединений, включенные в международные кристаллографические и минералогические базы данных, могут быть использованы как справочный материал при идентификации природных и синтетических соединений; - установлено, что самоорганизованная композитная фаза Na6Cu7BiO4(PO4)4[Cl,(OH)]3 тесно структурно связана с сульфатами фумарол набокоитом, KCu7TeO4(SO4)5Cl и атласовитом, KCu7Fe3+BiO4(SO4)5Cl. Изучение магнитных свойств нового соединения показало, что его магнитная подсистема базируется на насыщенных атомами Cu слоях [O4Cu6Bi], для которых характерна топология квадратных сеток Кагомэ в расположении магнитно-активных атомов Cu (S=1/2). Зафиксированное отсутствие магнитного порядка или замораживание спинов вплоть до 2К позволяет рассматривать синтезированный композитный материал в качестве кандидата со свойствами спиновой жидкости; - анализ особенностей кристаллохимии новой полиморфной модификации тридимитоподобного фосфата KCoPO4 показал, что возможный механизм фазового превращения δ → γ связан с перестройка тетраэдрических цепочек вдоль оси b с образованием доменных стенок. Исследование физических свойств δ-KCoPO4 позволили сделать вывод о том, что его основное квантовое состояние представляет собой слабо скошенный антиферромагнетик; - сделан прогноз, что новый микропоритый цеолит Na6[Al3P5O20], синтезированный в гидротермальных условиях, представляет собой потенциальный многофункциональный минералоподобный материал, перспективные физические свойства которого обусловлены кристаллохимическим родством с минералами коснаритом (структурный тип насикона), с одной стороны, и с минералом содалитом, с другой; - проанализированы особенности кристаллохимии и физических свойств фосфатов (арсенатов, ванадатов) щелочных и переходных металлов, производных от минералов элленбергерита (Mg,Ti,Zr,□)2Mg6(A1,Mg)6(Si,P)2Si6O28(OH)10 и β-тридимита SiO2, в аспекте “гибкости” их принципиально различных каркасов. Приведены данные о методах получения, термодинамических и электрических свойствах элленбергерито- и тридимито-подобных фаз; - впервые получены в гидротермальных условиях и структурно изучены элленбергеритоподобные фосфаты с различным содержанием натрия и никеля в гексагональных каналах структуры. Исследование физических свойств в измерениях магнитной восприимчивости и теплоемкости свидетельствуют о низкоразмерном магнитном поведении обеих фаз в области высоких температур и формировании слабоферромагнитного дальнего порядка при 𝑇N = 61 К и TN = 63 К; - для кризелита и бруногайерита методом расчета возможных искажений спектров комбинационного рассеяния при высоком давлении (до 30 Гпа) показаны пути барической деформации кристаллических структур; результаты спектроскопического исследования распределения катионов по позициям структуры турмалина на основе КР спектров ОН области подтверждены монокристальными и мессбауэровскими данными; - показан путь экспрессного разделения политипов по данным КР спектроскопии при исследовании редкоземельных алюминиевых диметаборатов; показано, что ИК спектр нового ортобората (Sc,Tm)BO3 отражает понижение симметрии в рамках структурного типа кальцита до R-3; результаты ИК спектроскопического изучения тройных фосфатов KxSr12 – 2xR4 +x(PO4)12 (R = Nd, Eu, Gd; 0 ≤ x ≤ 4) указывают на понижение симметрии структуры, либо понижение симметрии PO4 тетраэдров в рамках структрного типа эвлитина; - оптимизированы условия и оценены перспективы выращивания кристаллов RMgB5O10 (R = Y, La, Gd) методом раствор-расплавной кристаллизации в температурном интервале 1000-800oC при изменении концентрации кристаллообразующего компонента в исходной шихте в зависимости от типа редкоземельного катиона; впервые получены монокристаллы галлий-содержашего аналога «хантитовых» ортоборатов YGa3(BO3)4 со 100% заменой алюминия на галлий в соответствующих структурных позициях; методом спонтанной кристаллизации из раствора в расплаве на основе K2Mo3O10 - B2O3 получены кристаллы TbTa7O19; - показано, что использование карбонатов и галогенидов щелочных металлов в качестве минерализаторов позволяет понизить температуру и давление в гидротермальном эксперименте, тем самым оптимизируя T-P-условия кристаллизации; - 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.); - для синтетических и природных силикатов свинца установлено, что только однопараметрическое уравнение валентности связи позволяет однозначно отличить кислороды, относящиеся к катионным постройкам от кислородов оксоцентрированных тетраэдров. Для всех структур значения объемов OPb4-тетраэдров находятся в диапазоне 5,8 – 6,5 Å3 и обнаруживается слабая отрицательная линейная зависимость от суммы валентностей на кислороде. Зафиксирована минимальная величина (12%) телесного угла для Pb-O контакта в OPb4 тетраэдре в этой группе соединений; - при исследовании методом атомистического моделирования процессов дефектообразования в повеллите установлено, что кислородные дефекты Френкеля обладают наиболее низкой энергией образования. Показано, что отклонение от стехиометрии в катионной подструктуре натрий-гадолиниевых молибдатов сопровождается появлением кислородных вакансий; - в ведущих отечественных и зарубежных научных изданиях опубликованы 32 статьи, в том числе 4 статьи в высокорейтинговых журналах из списка ТОП25, представлено 15 докладов на конференциях. | ||
7 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Синтетические модели минералов: методы получения, кристаллические структуры, прогноз и экспериментальное исследование физических свойств |
Результаты этапа: Методами раствор-расплавной кристаллизации и гидротермального синтеза при различных температурах получены кристаллические фазы из химических классов силикатов, фосфатов, боратов, оксидов, борофосфатов, − синтетических аналогов минералов. Методами экспериментальных исследований (рентгенографическими, электронно-зондовыми, спектральными), а также компьютерного моделирования установлены новые кристаллические структуры минералогически вероятных соединений, проведен кристаллохимический прогноз и изучены их физические свойства. Новая научная информация, зафиксированная в результате работ этапа 2022 года, представляет как фундаментальную ценность, так и практическую значимость, и может быть использована в обучающих курсах кристаллохимии и минералогии, а также в новых технологических разработках по получению минералоподобных материалов с перспективными физическими характеристиками. Основные полученные результаты 2022 года: - защищена диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук по теме: «Кислородные соединения на основе бора, фосфора, алюминия с катионами щелочных и переходных металлов: кристаллохимия и магнитные свойства»; - с помощью эволюционного алгоритма поиска стабильных соединений в системе CaO-Al2O3 при давлениях 0–200 ГПа установлено, что при всех давлениях переходной зоны Земли и нижней мантии единственная фаза CaAl2O4 со структурным типом CaFe2O4 (Pnma) является термодинамически стабильной; - на базе низкотемпературных рентгеновских экспериментальных данных, полученных на синхротроне, установлена кристаллическая структура нового K,Mn-силиката, проанализированы особенности его кристаллохимии, генезиса, изучены магнитные свойства; - показано, что топология медь-кислородной подрешетки, образованной октаэдрами CuO4(H2O)2 и плоскими квадратами CuО4 кристаллической структуры Cs2Cu3(SeO3)4·2H2O подобна размещению атомов углерода в структуре алмаза. Новый селенат является ферримагнетиком, демонстрирующим высоко анизотропное плато намагниченности на 1/3 от полного магнитного насыщения; - на основании полученных данных об условиях образования, кристаллической структуры и особенностей кристаллохимии натриевой альтернативы минерала тинслеита, выдвинута гипотеза о высокой вероятности существования в природе его минерального эквивалента; - исследованы кристаллические структуры пяти новых фосфатов щелочных и переходных металлов, полученных в средне- и высокотемпературных гидротермальных условиях. Установлены кристаллохимические особенности и корреляции с природными фазами; - показано, что новый Na,V-фосфат Na7V4(PO4)6 является синтетическим аналогом минерала фумарол, арсената юрмаринита. Установлено смешанное V3+,2+ валентное состояние ванадия в структуре. Это первый случай получения кислородсодержащего соединения с двухвалентным ванадием в гидротермальных условиях; - проанализированы особенности кристаллохимии ряда борофосфатов, гетерофилосиликатов и гидроксидов щелочных металлов; - в рамках исследований по разработке активных сред лазеров с диодной накачкой проведено изучение фазовых соотношений и областей мономинеральной кристаллизации в пределах существования расплавов, определены диаграммы растворимости для многокомпонентных стеклообразующих боратно-молибдатных систем.; - методом межатомных потенциалов проведено моделирование примесных дефектов в повеллите CaMoO4. Показано, что образование кластеров примеси с собственными дефектами кристалла и в большей степени образование кластеров примесей с разными зарядами позволяет существенно снизить их энергию растворения; - впервые синтезированы качественные кристаллы Zn- и Co-витлокитов, для которых установлены достоверные модели кристаллических структур по данным монокристального рентгеноструктурного анализа. Методом синхронного ДСК-ТГ подтверждено вхождение водорода в состав полученных соединений, исследован характер их термического разложения; - методами порошковой рентгенографии, ИК спектроскопии, электронно-зондового и термического анализов изучены минералы стурманит, фосфосидерит, бразилианит, алунит, титансодержащие гранаты. Исследованы процессы их термического преобразования. В 2022 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 4 доклада на конференциях. | ||
8 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Синтез минералоподобных соединений, кристаллохимические корреляции с природными фазами, изучение физических свойств |
Результаты этапа: Закономерности физообразования в лабораторных экспериментах, имитирующих условия формирования минералов на различных стадиях природного кристаллогенезиса, изучены в гидротермальных системах при различных температурах и при высокотемпературных исследованиях методом раствор-расплавной кристаллизации. Полученные кристаллические аналоги минералов проанализированы методами рентгеновской дифрактометрии, спектральными методами, калориметритрическими методами DTA и DTG, методом электронно-зондового сканирования и др. Основные результаты научных исследований 2023 года приведены ниже. Впервые получены монокристаллы алюмофосфата оксокупрата с солевыми включениями (Na,Li)3(Cl,OH)[Cu3OAl(PO4)3]. Показано, что слои из сильно гофрированных цепочек из октаэдров меди, делящих общие ребра, и фосфатных тетраэдров топологически эквивалентны слоям из октаэдров меди и AsO4\VO4 тетраэдров в структуре минерала фумарол алеутита, (M0.5Cl)[Cu5O2(AsO4)(VO4)]. Выдвинута гипотеза о перспективности нового соединения с зубчатыми цепочками из октаэдров меди, как потенциального низко-размерного фрустрированного магнетика. Синтезированный в гидротермальных условиях орто-диортованадат калия и двух/трехвалентного марганца K2Mn3O(OH)(VO4)(V2O7) оказлся полным структурным аналогом минерала цоизита Ca2Al3O(OH)(SiO4)(Si2O7). Установлено, что магнитная восприимчивость нового соединения K2Mn3O(OH)(VO4)(V2O7) в интервале между 30 K и комнатной температурой удовлетворительно описывается АФМ цепочкой, образованной ферромагнитно связанными треугольными кластерами, которые соответствуют параметрами спинового обмена. Новые оксосоли висмута β-Bi3O3(VO4), KBi5O5(PO4)2 и Cu(BiO2)VO4OH также получены в гидротермальных экспериментах. Оптимизированы условия воспроизводимого синтеза монокристаллов синтетического намибита Cu(BiO2)VO4OH. Согласно проведенным измерениям магнитной восприимчивости и намагниченности, теплоемкости и расчетам из первых принципов, намибит представляет собой редкий пример неупорядоченной полу целочисленной спиновой цепочки. Оптические свойства β-Bi3O3(VO4) и KBi5O5(PO4)2 в измерениях спектров комбинационного рассеяния и фотолюминесценции при комнатной температуре показывают слабое излучение β-Bi3O3(VO4) в красной области с максимумом при 650-660 нм, тогда как KBi5O5(PO4)2 излучает в зелено-оранжевом диапазоне с максимумом при 550 нм. В опытах по гидротермальной кристаллизации в фосфато-карбонатных рассолах синтезирован новый представитель в структурной группе минерала брэдлеита, ванадил фосфат-карбонат Na3(VO)(PO4)(CO3) с ленточными конструкциями из VO6 октаэдров, PO4 тетраэдров и плоских треугольных групп CO3, в отличие от слоистых гетерополиэдричес-ких построек в структурах минералов этого семейства. Выдвинута гипотеза об электро-химической активности нового соединения. Синтез в условиях концентрированного хлоридного рассола позволил впервые получить Cl-содержащую фазу NaCo7.38(PO4)4Cl4 гомеотипом ряду фтор фосфатов, структурно производных от минерала сульфогалита. Кристаллохимические оценки и расчеты позволили предположить наличие антиферромагнитных обменных взаимодействий между атомами кобальта. Показана также вероятность ионно-проводящих свойств у литиевых модификаций нового хлорфосфата. Исследованы кристаллы новых боратов, силикатов и силикато-германатов, полученных в гидротермальных условиях. Проведены их рентгеноструктурный и кристаллохимический анализы, определено место среди известных структур и их семейств. С применением методов топологического кристаллохимического анализа показано, что объем полиэдра Вороного-Дирихле анионной позиции (S2-) 24g в структурах минералов группы тетраэдрита является важной кристаллохимической характеристикой, указывающей на дефицит ионов в анионной подструктуре. На основе результатов кристаллохимического анализа экспериментально расшифрованных структур тетраэдритов различного состава создан алгоритм, реализованный в виде программного кода, предсказывающий параметры элементарных ячеек минералов группы тетраэдрита с точностью до 0.01 Å, используя информацию об объемах ПВД всех анионных и катионных позиций в структуре. На примере природных и синтетических сульфидов мышьяка разработана схема лестничного расчета структурной сложности молекулярных, цепочечных и слоистых кристаллических структур. Собраны и проанализированы опубликованные за последние 15 лет новые данные о проявлении феноменов политипии, OD-структур и модулярности в неорганических соединениях, а также топологическом подходе к анализу кристаллических структур. В результате исследований процесса термического преобразования таумасита установлено, что начало изменения структуры минерала происходит при 383 K и связано с разрушением октаэдрических анионов [Si(OH)6]2, при 1273 K в продукте разложения таумасита присутствуют только ангидрит CaSO4 и тернеcит Ca5(SiO4)2(SO4) при полном отсутствии карбонатной составляющей. Таким образом, процесс полного разложения может быть описан реакцией: Ca3.0Si(OH)6(CO3)0.9(SO4)1.1·12.3H2O = 30H2O + 2CO3 + CaSO4 + Ca5(SiO4)2(SO4). Впервые полученные значения энтальпии и энергии Гиббса образования пектолита и серандита из элементов могут быть рекомендованы для включения их в базу данных фундаментальных термодинамических констант минералов, необходимых при проведении термодинамического моделирования процессов минералообразования в природных условиях и получения их синтетических аналогов. Методом атомистического моделирования установлено, что натриевые дефекты Френкеля имеют наиболее низкие энергии образования и являются наиболее вероятным видом собственных дефектов в натрий-гадолиниевых молибдатах. Выявлены закономерные связи «состав – структура – свойства - генезис» для кристаллов редкоземельно-галлиевых ортоборатов; обоснованы физико-химических основы синтеза новых эффективных кристаллических материалов семейства высокотемпера-турных редкоземельно-галлиевых ортоборатов; выращены монокристаллы этих соединений; охарактеризованы их кристаллохимические, спектроскопические и иные физические свойства. В 2023 году участниками НИР опубликовано 43 печатные работы, из них 38 статей в ведущих отечественных и зарубежных научных изданиях. | ||
9 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Новые минералы и синтетические аналоги: кристаллогенезис и кристаллохимические особенности |
Результаты этапа: | ||
10 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Новые минералы и синтетические аналоги: кристаллогенезис и особенности кристаллохимии |
Результаты этапа: | ||
11 | 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. | Новые минералы и синтетические аналоги: кристаллогенезис, кристаллохимия и прогнозирование свойств |
Результаты этапа: |
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".