Прорывное открытие кристаллографов Санкт-Петербургского государственного университета! Они изучили редкий синтетический цинкофосфат и впервые открыли две его высокотемпературные модификации. Это важный шаг к предсказанию поведения материала в промышленности, чтобы сделать керамику прочнее и долговечнее. Результаты проекта, поддержанного фондом РНФ, представлены в авторитетном издании Journal of Physics and Chemistry of Solids.
Чудо полиморфизма: одно вещество — разные структуры
Полиморфизм: уникальное свойство веществ создавать различные кристаллические структуры при смене внешних факторов. Эти превращения провоцируют колебания температуры, давления, кислотности или магнитные поля. А именно кристаллическая структура диктует главные физические свойства соединений.
От очевидного к скрытому
Одни полиморфные формы легко узнать и они резко отличаются, как графит с алмазом. Другие же преобразования можно выявить только с помощью спецоборудования в ходе сложнейших исследований.
Фокус СПбГУ: от гексацельзиана к новым решениям
Ученые СПбГУ глубоко исследуют феномен полиморфизма. Их интерес привлек гексацельзиан, популярный в стекольной и керамической индустрии благодаря стойкости к высоким температурам, химической прочности, тепловой упругости и люминесценции. Хотя его используют десятилетия, структуры его форм кристаллографы СПбГУ расшифровали лишь недавно, что решило проблему трещин и подняло качество.
Прорыв к цинкофосфату для керамики будущего
Эта работа открыла глаза на целое семейство соединений, сходных с гексацельзианом. Так ученые вышли на синтетический цинкофосфат BaZn2P2O8, который перспективен для создания инновационной керамики. Как и его предшественник, он ценен термомеханической стабильностью и люминесцентными возможностями. Но чтобы управлять его свойствами, необходимо детально знать его полиморфные превращения.
Секрет структуры: взгляд Людмилы Гореловой
Доцент кафедры кристаллографии СПбГУ Людмила Горелова объясняет: "Все три формы обладают слоистой структурой из колец тетраэдров ZnO4 и PO4."
"Ключевое отличие в геометрии: при нагреве тетраэдры плавно разворачиваются, повышая симметрию кристаллической решетки. Это дает ключ к пониманию поведения материалов в реальной работе", — поделилась Людмила Горелова.
Современные методы: фиксация скрытого
Образцы проанализировали на мощностях уникального Научного парка СПбГУ: провели высокотемпературные рентгеновские испытания и спектроскопию комбинационного рассеяния (Рамановскую) в широчайшем диапазоне, от очень низких температур (до минус 150 градусов Цельсия) до экстремально высоких (до +1100 градусов Цельсия). Так были зафиксированы "скрытые" переходы форм.
Перспектива производства
Исследователи СПбГУ уверены: их открытия предскажут поведение материалов в эксплуатации, предотвратят растрескивание и помогут использовать люминесценцию керамики при нагреве. Это прямиком ведет к усовершенствованию производственных технологий!
Источник: indicator.ru
