Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) изучили структуру редкого синтетического минерала цинкофосфата и впервые обнаружили две его новые высокотемпературные модификации. Открытие позволит предсказывать поведение материала в экстремальных промышленных условиях и создавать более прочную керамику, рассказали в пресс-службе Российского научного фонда.
Способность различных веществ формировать новые кристаллические структуры при изменении внешних условий называется полиморфизмом. Подобные структурные превращения могут происходить при резких колебаниях температуры, давления, уровня кислотности или под воздействием мощного магнитного поля. Именно от внутренней кристаллической решетки во многом зависят итоговые физические свойства получаемых промышленных соединений.
Некоторые полиморфные модификации очень легко обнаружить, так как они кардинально отличаются друг от друга по своим свойствам, как это происходит с алмазом и графитом. Однако существуют и такие скрытые структурные превращения, которые можно заметить только при проведении сложнейших экспериментов. Для этого требуется использование высокочувствительного специализированного оборудования и создание экстремальных физических условий.
Внимание специалистов привлек перспективный синтетический аналог природного минерала — цинкофосфат. Этот уникальный материал обладает высокой термомеханической стабильностью и ценными люминесцентными характеристиками, что делает его идеальным кандидатом для создания передовых керамических изделий. Однако для полноценного управления этими свойствами на производстве требовалось досконально изучить его полиморфные превращения при нагреве.
Анализ показал, что все исследуемые модификации материала имеют слоистую структуру, образованную кольцами из тетраэдров. Главное различие между ними заключается во внутренней геометрии: при сильном нагревании эти микроскопические тетраэдры постепенно разворачиваются. Такой пространственный сдвиг приводит к закономерному повышению общей симметрии кристаллической решетки, фундаментально меняя физические свойства всего вещества.
Для обнаружения этих скрытых переходов синтезированные образцы подвергли жестким испытаниям с использованием рентгеновского излучения и рамановской спектроскопии при температурах от -150°C до 1100°C. Полученные данные помогут технологам заранее понимать, будет ли готовая керамика растрескиваться или светиться при критических температурах, что позволит существенно усовершенствовать производственный процесс. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Physics and Chemistry of Solids.
Ранее исследователи создали ИИ-модель, которая помогла разработать новый сплав для 3D-печати металлом.
