Материалы портала «Научная Россия»

Кристаллы для будущего

Как исследуют алмазы, рассказывает руководитель проекта «Экспериментальная минералогия алмаза» Юрий Пальянов

Комплексные исследования алмаза ведутся во многих научных центрах мира, и сибирские ученые в числе лидеров. Проект «Экспериментальная минералогия алмаза», представленный Институтом геологии и минералогии им. В.С. Соболева (ИГМ) СО РАН, получил грант Российского научного фонда. О перспективах проекта рассказывает его руководитель, заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН, д.г.-м.н. Юрий Николаевич Пальянов. 

Название изображения

Уникальный минерал

Что известно об алмазах неспециалисту? Во-первых, что из них делают бриллианты — во все времена самые дорогие из драгоценных камней. Во-вторых, алмаз является самым твердым минералом, незаменимым в промышленности. Он помогает изготавливать современные машины и оборудование, обрабатывать сложнейшие детали из керамики, стекла, камня. С помощью алмаза бурят скважины в самых твердых породах при поисках и разведке полезных ископаемых. А что сегодня делается на переднем крае «алмазной» науки?

Алмаз рассматривается как объект исследования не только в области наук о Земле, где он выступает индикатором глубинных геологических процессов и идеальным контейнером, сохранившим в качестве включений мантийные минералы. Этот уникальный минерал, без сомнения — лидер междисциплинарных исследований, поскольку представляет интерес для физики и химии твердого тела, физической химии, термодинамики, кристаллографии и ряда других наук.

Проект «Экспериментальная минералогия алмаза» охватывает целый комплекс нерешенных и дискуссионных вопросов. Экспериментальная часть исследований будет выполнена на базе уникального комплекса сверхвысоких давлений, созданного в лаборатории на основе установок БАРС, разработанных в ИГМ СО РАН. Оригинальные методики и калибровки позволяют проводить эксперименты в достаточно большом объеме при контролируемых и воспроизводимых параметрах, стабильность которых поддерживается  десятки и сотни часов.

Название изображения

Работа по четырем направлениям 

Проект состоит из четырех блоков: «Природа», «Эксперимент», «Монокристалл» и «Поиск», которые взаимосвязаны в рамках тематики лаборатории. В блоке «Природа» будут проведены исследования по стадийному высокобарическому отжигу природных алмазов. Цель — реконструировать термический режим их образования и получить новую информацию о составе среды кристаллизации. Блок «Эксперимент» направлен на исследование процессов кристаллизации алмаза в различных системах, моделирующих природные алмазообразующие среды. Изучение изменений реальной структуры и свойств алмазов в зависимости от состава среды кристаллизации, синтез и исследование кристаллов с известными и новыми дефектно-примесными центрами (азот, водород, кислород, бор и фосфор) дадут новые знания по проблеме примесного изоморфизма в алмазе. Запланированные результаты внесут определяющий вклад в разработку новых моделей генезиса алмаза в различных геодинамических обстановках и обеспечат развитие теории алмазообразования на новом уровне. В этом их принципиальная значимость для наук о Земле. Полученные данные в части моделирования минералообразующих процессов будут востребованы при решении фундаментальных проблем состава и эволюции литосферной мантии, а также геохимии углерода в процессе эволюции Земли.  В рамках блока «Монокристалл» будут получены крупные высококачественные алмазы. Изменение типа и концентрации примеси азота в алмазе в процессе роста, а также изменение реальной структуры алмазов под воздействием высоких температур и давлений позволит контролируемо изменять свойства алмазов. В конечном итоге исследования по данному блоку позволят воспроизводимо получать алмазы с заданными свойствами. Следует отметить, что уже сегодня в лаборатории умеют выращивать алмазы до шести карат и размером до сантиметра при очень высоком качестве кристаллов. «В блоке "Поиск" мы запланировали совсем новые, в том числе экзотические исследования — например, изучение процессов синтеза алмаза в расплаве фосфора, – говорит Юрий Николаевич. – В этом случае примесь фосфора входит в решетку алмаза, обеспечивая ему полупроводниковые свойства. В зависимости от концентрации фосфора можно получить голубые, синие и даже черные алмазы. Есть в плане и много других ростовых систем, которые перспективны для синтеза алмаза, но пока не изучены. Не исключено, что в рамках проекта удастся получить алмазы с необычными примесями и совершенно новыми свойствами».

Название изображения

Практическое значение 

Разумеется, результаты этих исследований интересны не только для фундаментальной науки. В рамках проекта предполагается разработка патентоспособных способов получения алмаза, реализация синтеза алмазов с ранее неизвестными свойствами и получение новых углеродных и углеродсодержащих материалов. Высококачественные монокристаллы алмаза с заданными свойствами конкурентоспособны на отечественном и международном рынках. Их можно использовать в качестве алмазных наковален, элементов инфракрасной и рентгеновской оптики, детекторов ионизирующих излучений и алмазных структур с азот-вакансионными центрами для оптоэлектроники и квантовой информатики.  «Успешность выполнения проекта зависит, прежде всего, от команды. У нас достаточно сильный, дружный и квалифицированный коллектив, — подчеркивает Пальянов. — Ведущие сотрудники работают вместе три десятилетия. В лаборатории много молодёжи, и активное участие в таком сложном и интересном проекте будет для молодых сотрудников хорошей школой. Очень важен масштаб гранта – в этом году РНФ выделит 17 млн рублей, а на 2015 и 2016 годы запланировано по 20 млн. Это позволит не только поддержать дорогостоящий и металлоемкий комплекс сверхвысоких давлений в рабочем состоянии, но и провести его модернизацию. Результаты проекта будут использованы при подготовке кандидатских, бакалаврских и магистерских работ аспирантами и студентами, работающими в лаборатории, в программах аспирантуры НГУ и ИГМ СО РАН. Кроме того, они войдут в курсы лекций по минералогии, кристаллографии и геохимии, которые участники проекта читают на геолого-геофизическом факультете НГУ».

Источник: «Наука в Сибири»

алмазы кристаллы экспериментальная минералогия алмаза юрий пальянов

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий