Выращивание монокристаллов α - GeO 2 и высокогерманиевого кварца

1. Лаборатория синтеза и модифицирования минералов • Выращивание монокристаллов α-GeO2и высокогерманиевого кварца Руководитель д.г.-м.н., профессор В.С. Балицкий • Неоднозначность направлений переноса кремнезема и глинозема в высокотемпературных флюидах В едином термоградиентном поле зоны растворения и роста кристаллов кварца, корунда и топаза могут быть либо пространственно совмещенными, либо пространственно разобщенными.Это обусловлено неоднозначной зависимостью направлений переноса кремнезема и глинозема от состава, термобарических параметров, кислотности-щелочности и плотности флюидов (Рис. 1а, б, в). Рис. 2 Рис. 3 а б в Установленные зависимости позволили впервые разработать методики совместного и раздельного выращивания монокристаллов топаза (Рис. 2) и кварца (Рис. 3) из сверхкритических водно-фторидных флюидов а б в Рис. 1. а - направление переноса кремнезема при растворении кварца в чистой воде, нейтральных хлоридных и щелочных растворах (тонкие стрелки) и в кислых водно-фторидных флюидах (толстые стрелки) в условиях прямого температурного градиента. Здесь и на графиках рисунков б и в линии изобар даются для чистой воды; б - направление переноса кремнезема (тонкие стрелки) и глинозема (толстые стрелки) при одновременном растворении кварца и топаза в кислых водно-фторидных флюидах в условиях прямого температурного градиента;в - направление переноса глинозема при растворении корунда в щелочных (тонкие стрелки) и кислых водно-фторидных флюидах (толстые стрелки) в условиях прямого температурного градиента. Установлены условия эпитаксиального роста α-GeO2 на кварцевой подложке и впервые выращены монокристаллы твердых растворов α-SixGe1-xO2с содержанием оксида германия до 39 масс% (Рис. 4, 5). Рис. 5. z-Cрез Ge-содержащего кварца.Темно-серое – кварцевая затравка; светло-серое - Ge-содержащий кварц. Изображение в отраженных электронах. Пьезоэлектрические константы α-GeO2 оказались самыми высокими среди кварцеподобных материалов. Температурная устойчивость кристаллов α-SixGe1-xO2 достигла 840оС, а основные пьезоэлектрические константы величилисьв два раза. Коллектив научных сотрудников ИЭМ РАН, 2000 г. Коллектив научных сотрудников ИЭМ РАН, 2000 г. Рис. 4 Монокристалл α-SixGe1-xO2, с однородным наросшим слоем и трещиноватой затравкой. Рис. 6 Рис. 7 • Условия образования двуцветного аметист-цитринового кварца Рис. 9 Образование Fe-содержащих разновидностей кварца определяется Eh-Ph (Рис. 6 ) минералообразующих растворов, их термобарическими параметрами, кристаллографическим направлением, скоростью роста различных граней (Рис. 7) и их ориентировкой в пространстве во время роста (Рис.8) Результаты исследований позволили не только определить условия роста Fe-содержащих разновидностей кварца, но и явились основой для разработки промышленной технологии выращивания двуцветного аметист-цитринового кварца – аметрина. (Рис. 9) Рис. 8 Рис. 7. Vrcrи Vzcr – критические скорости роста граней r и z, соответственно. Области на графике: I – сектора <r> и <z> - аметист; II – сектор <r> - цитрин-аметист, сектор <z> - аметист; III – сектор <r> - цитрин, <z> -аметист; IV - <r> - цитрин, <z> - цитрин-аметист; V – сектора <r> и <z> – цитрин. Y Z • Синтез и облагораживание самоцветов д а б в г Разработаны физико-химические основы и технологии синтеза бирюзы (а), малахита (б), аметрина и топаза, а также облагораживания халцедона и агатов (в, г), бирюзы (д), топаза, корунда и кварца (е, ж) и доращивания кварцевых друз (з). Суммарный экономический эффект от внедрения НИР составил десятки миллионов рублей. е ж з