В Санкт‑Петербургском госуниверситете исследовали кристаллические структуры и термические переходы бариевых полевых шпатов. Ученые определили, как они могут разрушаться в экстремальных условиях. Исследование позволит повысить качество и долговечность керамических материалов, так как бариевые полевые шпаты часто применяют в промышленности, сообщили в пресс-службе СПбГУ.
Полевые шпаты — одни из самых распространенных минералов земной коры. Бариевые полевые шпаты (минералы с общей формулой BaAl2Si2O8) и их синтетические аналоги широко используются в промышленности.
По словам ученых университета, материалы на основе BaAl2Si2O8 при эксплуатации постепенно деградируют и разрушаются — это связано с большим количеством температурных фазовых переходов. При этом кристаллические структуры их высокотемпературных модификаций до недавнего времени изучены не были.
Именно эти знания позволяют понять, как и из‑за чего разрушаются минералы, а также найти способы улучшения качества и долговечности различных керамических материалов на основе BaAl2Si2O8. Почти за 70 лет изучений процессов накопился ряд несогласующихся между собой данных. Комплекс современных методов и высокотехнологичного оборудования Научного парка СПбГУ позволил ученым Университета впервые достоверно определить кристаллические структуры всех высокотемпературных модификаций бариевых полевых шпатов и проследить пути их преобразования.
«Долговечность материалов (в первую очередь керамики) на основе бариевого полевого шпата сильно зависит от фазовых переходов между низко- и высокотемпературными модификациями. В нашей работе был использован комплекс современных методов исследования, таких как рентгеноструктурный анализ и спектроскопия комбинационного рассеяния при высоких температурах (до 1000 ⁰С)», — рассказала первый автор статьи, доцент СПбГУ (кафедра кристаллографии) Людмила Горелова.
Ученые смогли выяснить, что кристаллическая структура гексацельзиана (высокотемпературная модификация BaAl2Si2O8) при обычных условиях является моноклинной, то есть низкосимметричной. Тогда как при нагревании она претерпевает два полиморфных преобразования, сопровождающихся повышением симметрии, что приводит к значительным изменениям объема элементарной ячейки.
Научная группа кристаллографов вуза планирует продолжить изучение других представителей семейства полевого шпата при экстремальных условиях, так как более полные знания о структурных преобразованиях позволят лучше понять механизмы разрушения керамических материалов и выбрать оптимальные температуры работы с керамиками, а также пути их отжига.
«Мы надеемся, что помимо фундаментальных кристаллохимических проблем сможем дать ответы и на прикладные вопросы, чтобы наши исследования помогли в разработке и усовершенствовании новых материалов на основе полевого шпата», ― отметила Людмила Горелова.
Результаты работы, поддержанной грантом РНФ, опубликованы в Journal of the European Ceramic Society.
