Результаты

Номер и наименование направления фундаментальных и поисковых научных исследований

(по Программе)

Название темы (проекта)

в рамках кот. получен результат

Полученные результаты (в привязке к ожидаемым результатам по Программе)

1

2

3

1.5. Науки о Земле

АААА-А19-119071090011-6

Минералы со структурой циркона, шеелита, монацита, фергусонита как прототипы перспективных материалов: спектроскопия, термодинамическая и радиационная стабильность, функциональные свойства, механизмы образования как основа для разработки природоподобных технологий

(1) Синтезирван ряд твердых растворов со структурой циркона, монацита, ксенотима состава ABO₄, где А= Zr, Pb, Bi, Ln,B=P, S, Mo, Nb, V по стандартной керамической технологии, методами соосаждения, жидких прекурсоров, с использование промежуточной ультразвуковой обработки и без нее. Проведен анализ фазового состава, установлены области гомогенности рассмотренных продуктов. Проведены расчеты электронных спектров ряда РЗЭ- замещенных шеелит подобных соединений, представляющих интерес как функциональные материалы. Приготовлена плотноспечённая керамика на основе однофазных порошковых образцов.

(2) Методами ТГ-ДТА, высокотемпературной рентгенографии и высокотемпературного КР проведен анализ химических и фазовых превращений при повышенных температурах и давлении; исследование кристаллической структуры материалов замещенных молибдатов кальция и стронция, выявлена природа искажений молибден-кислородных тетраэдров, коррелирующая с изменением функциональных характеристик (электропроводностью) указанных сложных оксидов.

(3) Проведено исследование электротранспортных характеристик керамики из синтетических материалов La, Bi, Y, замещенных молибдатов кальция-стронция в широком температурном интервале, рассчитаны удельные проводящие и диэлектрические параметры полученной плотноспеченной керамики.

(4) Установлены взаимосвязи химического состава и особенностей структуры, термодинамической стабильности, функциональных свойств синтезированных материалов с условиями образования (синтеза), внешними воздействиями: выявлена ключевая роль неподеленной электронной пары висмута в стабилизации сверхструктуры в концентрационной области с высокими содержаниями допанта; выявлено аномальное сжатие полиэдра MoO₄ c ростом температуры при общем расширении кристаллической решетки с ростом температуры, при росте давления и температуры обнаружены существенные изменения колебаний кристаллической решетки, с одной стороны подтверждающие не только роль НЭП висмута, но и модель кластерного ионного транспорта в молибдатах двух- и трехзарадных металлов.

(5) По результатам исследований выявлены ряды наиболее перспективных диэлектриков, ионных проводников и защитных составов на основе указанных соединений ABO₄, где А= Zr, Pb, Bi, Ln,B=P, S, Mo, Nb, V.

(6) Методами дифференциального термического анализа и in situ терморамановской спектроскопии исследован монокристалл природного орторомбического кубанита Талнахского медно-никелевого сульфидного месторождения (Норильск, Россия) в широком интервале температур.

В настоящее время недостаточно подробно изучены термические эффекты для чистого кубанита и их интерпретация. В данной работе получены уточняющие данные по термическим эффектам чистого кубанита. Эндотермическая реакция при температуре 275 °C соответствует полиморфному превращению ортокубанита в изокубанит. В интервале температур 380-670 °C обнаружена двойная экзотермическая реакция с пиками при 483 °C и 596 °C (не зафиксировано ранее кубанита). Вероятно, это связано с окислением CuFe₂S₃, сопровождающимся образованием гематита (Fe₂O₃) и тенорита (CuO), а также сульфатов меди CuSO₄ и CuSO₄ -CuO в конце процесса окисления. На следующем этапе была зафиксирована двойная эндотермическая реакция с пиками при 714 и 751 °C, соответствующая диссоциации сульфатов меди на CuO и SO₃. Возникает следующая эндотермическая реакция с максимумом при 1020°C (в диапазоне 980–1030 °C), связанная с плавлением куприта Cu₂O и тенорита CuO. Кроме того, при температуре 1093 °C также наблюдался слабый эндоэффект на кривой ДТА, который можно интерпретировать как плавление эвтектик куприта и тенорита.

Pankrushina, E. A., Votyakov, S. L., Aksenov, S. M., Komleva, E. V., Uporova, N. S., & Vaitieva, Y. A. (2023) In situ thermo‐Raman spectroscopy and ab initio vibrational assignment calculations of cubanite CuFe2S3 // Journal of Raman Spectroscopy, 1, 1-12.

(7) Исследованы полиморфные модификации кремнезема в ударных расплавных породах ударной структуры Янисъярви (Карелия, Россия), представленные тридимитом, кристобалитом, кварцем, а также следами стишовита и коэсита. Изучение полиморфных модификаций кремнезема в импактитах важно для определения давления и температуры формирования ударных пород. Проведены детальные исследования колебательных и люминесцентных спектров, химического состава, внутреннего строения и взаимнго расположения полиморфов SiO₂ с целью выяснения механизмов образования полиморфов и поиска признаков перехода одних структурных модификаций в другие. Впервые дано описание тридимита с шаровидной (глобулярной) текстурой из импактной расплавной породы. Предложена последовательность модификации кремнезема и текстурных преобразований в импактных породах после импактного события.  Установлено, что при импактном событии достигнуто давление 40 ГПа и температура более 900 °С.

Рис. 1. Схематическая диаграмма PT-траектории изменения кремнезема ударной структуры Янисъярви. PT-диаграмма модифицирована по [Swamy et al., 1994].

Zamiatina D.A.; Zamyatin D. A.; Mikhalevskii G.B., Chebikin N.S. (2023) Silica Polymorphs Formation in the Jänisjärvi Impact Structure: Tridymite, Cristobalite, Quartz, Trace Stishovite and Coesite. Minerals, 13(5), 686.  [https://doi.org/10.3390/min13050686]

(8) Исследовано природное зерно Y-фергусонита Ильменогорского массива из корундово-полевошпатовых пегматитов (копь 298).  Изменения в фергусоните, как и в других РЗЭ-Nb-Ta-Ti оксидах, могут выступать в качестве мониторов вмещающих их пород, в частности низкотемпературных геохимических процессов в них (Tomašić et al., 2004, Ruschel et al., 2010, Zozulya et al., 2020).

(9) Описаны методические приемы проведения качественного анализа структуры и количественного анализа состава прозрачных пленок сложных оксидов на диэлектрических подложках с использованием конфокального спектрометра комбинационного рассеяния света (КРС) Horiba LabRAM HR800 и электронно-зондового микроанализатора Cameca SX100. Исследования выполнены на примере пленок магний-алюминиевой шпинели толщиной 1−3 мкм на подложке кварцевого стекла, полученных методом магнетронного распыления. Показано, что пленка имеет неупорядоченную структуру шпинели с частично обращенным распределением катионов Mg и Al по окта- и тетрапозициям. Представлены операционные параметры, позволяющие определять содержания в пленке по различным рентгено-эмиссионным линиям структурно-образующих элементов Mg, Al и примесей Ti, Cr, Ca, P, Fe,  Ni, Gd; определены метрологические характеристики методики; оценены ее возможности и ограничения; представлены данные химического состава пленки.

Рис. 1.  Оптическое и BSE-изображения (а), (б) фрагментов пленки магний-алюминиевой шпинели на поверхности кварцевого стекла и карты распределения интенсивности линии Si Kα при U = 5 и 7 кВ (в), (г), линий Al Kα (д) и Fe Lα (е) при 7 кВ. Линия 1−2 − сканирование электронного пучка на рис. 8 по границе раздела между пленкой толщиной 3, 1 мкм и кварцевым стеклом; 3 – точка регистрации спектров комбинационного рассеяния света.

Булатов В.А., Щапова Ю.В., Замятин Д.А., Сушанек Л.Я., Каменецких А.С., Вотяков С.Л.  Анализ химического состава и структуры пленок сложных оксидов микронной толщины методами электронно-зондового микроанализа и конфокальной спектроскопии комбинационного рассеяния света на примере пленки MgAl₂O₄ на SiO₂ // Журнал аналитической химии. 2023. Т. 78. № 12. С. 1106–1118. [10.1134/S1061934823120031]

(10) Метеоритные импактные события являются естественным природным механизмом реализации экстремальных PT-условий в минеральном веществе при высокоскоростных (ударных) столкновениях. Проведено исследование микроаналитическими методами минерала циркона, подвергшегося ударным лабораторным воздействия под давлениям 20, 40 и 60 ГПа. Установлено, что воздействия вызвали растрескивание, деформацию, аморфизацию и фазовый переход циркона в высокобарический полиморф со структурой шеелита (рейдит). Установлено, что по мере увеличения давления плоского ударного эксперимента от 20 до 60 ГПа, степень аморфизации (разупорядоченности) кристаллической структуры циркона увеличивается от слабой до полностью аморфной. Под давлением 20 ГПа формируется разориентация кристаллической структуры до 30°, образуются трещины спайности вдоль <100>, полосы плоских деформаций и кручения вдоль <100>, а также области повышенного нарушения кристалличности. Под давлением 40 и 60 ГПа в цирконе образуется рейдит в виде ламелей и объемных структур. При 40 ГПа доля рейдита менее 5% объема, а при 60 ГПа – более 50% объема экспериментального образца. Установлено, что рейдит имеет определенные кристаллографические отношения с зерном циркона: совпадение <110>рейдит с <110>циркон и <110>рейдит с <001>циркон. Доказывается реконструктивный (диффузионный) типа фазового перехода.

Рис 1. Фрагмент циркона, испытавшего шоковые экспериментальные воздействия под давлением 60 ГПа. (а) – BSE-изображение, (б) – CL-изображение, (в) – фазовая карта по данным КР-спектроскопии (Zrn – циркон, Rei - рейдит), (г) – изображение в рассеянном свете, (д) – КР-спектры в точках 1-8, приведенных на рисунке (в).

Замятин Д.А., Ковалева Е.И. Микроструктуры деформаций кристаллов циркона (ZrSiO4) при ударном давлении 20, 40 и 60 ГПа // Материалы международной конференции «XVI Забабахинские научные чтения». Снежинск. 2023. №4-14

(11)  Обратимое локальное структурное разупорядочение под давлением в сверхпроводящем сильваните (AuAgTe₄). Проведены исследования динамики решетки минерала сильванита (AuAgTe₄), в широком диапазоне температур и давлений методом рамановской спектроскопии вместе с расчетами из первых принципов. При атмосферном давлении экспериментальный спектр хорошо согласуется с данными расчета. Температурное поведение собственных энергий фононов (частот и ширин линий) описывается ангармоническим механизмом и предполагает незначительный вклад электрон-фононного взаимодействия при низких температурах. В диапазоне давлений 4-6 ГПа зарегистрирован структурный фазовый переход в соответствии с теоретическими предсказаниями. При более высоких давлениях были обнаружены признаки локального структурного беспорядка, что позволило экспериментально наблюдать спектр плотности колебательных состояний AuAgTe₄, который становится сверхпроводящим при высоких давлениях.

Zamyatin, D. A., Pankrushina, E. A., Streltsov, S. V., & Ponosov, Y. S. Pressure-Induced Reversible Local Structural Disorder in Superconducting AuAgTe4 // Inorganics, 2023. 11(3), 99