АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕРЕОАТОМНЫХ ПАРАМЕТРОВ КРИСТАЛЛОВ СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА И ИХ СЕМЕЙСТВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА

ВВЕДЕНИЕ 4
1 Общие свойства кристаллов со структурой граната 6
1.1 Физические и химические свойства кристаллов со структурой граната 6
1.2 Кристаллографическая характеристика 7
1.3 Особенности кристаллографической структуры граната 9
2 Метод полиэдров Вороного-Дирихле 13
3 Теория Джадда-Офельта 20
4 Стереоатомный анализ твердых растворов и монокристаллов со структурой граната 26
4.1 Стереоатомный анализ твердых растворов гранатов состава Yb3-xYxAl5O12 26
4.2 Стереоатомный анализ монокристаллов со структурой граната 32
5 Взаимосвязь между спектроскопическими и структурными свойствами для кристаллов со структурой граната 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 58

 

Весь текст будет доступен после покупки

Цель работы заключается в поиске взаимосвязей стереоатомных параметров кристаллов со структурой граната и их составом.
Для достижения этой цели необходимо будет решить следующие задачи:
1. проведение стереоатомного анализа для соединений со структурой граната и вычисления параметров Джадда-Офельта
2. определение взаимосвязи между стереоатомными параметрами кри-сталлов со структурой граната и их составом.
Материалы и некоторые данные работы были опубликованы в ежемесячном научном журнале «INTERNATIONAL SCIENCE PROJECT» [21].
В качестве активных сред лазеров ближнего ИК диапазона длин волн используются кристаллы со структурой граната, активированные редкоземельными (РЗ) ионами. Достаточно широкое использование кристаллов с данной структурой в физике лазеров обусловлено тем, что они с большей пользой отличаются от других классов лазерных материалов изотропией свойств, большой механической прочностью и теплопроводностью, надежностью, а также неплохой оптической однородностью.
На данный момент времени уже проведено обширное количество иссле-дований по изучению спектроскопических и структурных свойств кристаллов со структурой граната, активированных РЗ ионами.
С помощью кристаллохимического подхода, который основан на уста-новлении связи состав-структура-свойство, позволяет сократить путь от соеди-нения к материалу, пригодному для изготовления оптических элементов приборов и устройств. Анализ распределения электронной плотности вокруг атомов показывает, что области пространства, отвечающие в структуре кристаллов отдельным атомам, напоминают многогранники. Приближением, которое позволяет установить форму этих многогранников, является метод полиэдров Вороного-Дирихле. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле в сочетании с методом пересекающихся сфер позволяют расширить область применения кристаллохимического подхода для выявления закономерностей состав-структура-свойство.
Таким образом, развитие методов поиска новых материалов для кванто-вой электроники, позволяющих сократить время и затраты на исследования, является одной из актуальных проблем физики конденсированного состояния.

 

Весь текст будет доступен после покупки

1 Общие свойства кристаллов со структурой граната

1.1 Физические и химические свойства кристаллов со структурой граната

Цвет обычно желтый, зеленый, красный, черный, бурый. Бесцветные встречаются очень редко. Окраску коричневых тонов кальциевых гранатов гроссуляр — андрадитового ряда могут вызывать ионы трехвалентного железа в шестерной координации; для бескальциевых гранатов — альмандинов, пиропов и спессартинов — характерны по большей части красные тона. Окраска может быть вызвана ионами железа и марганца, а также хрома и титана. Цвет альмандина вызывают ионы железа и марганца в октаэдрической координации или ионы железа в «скрученных» кубах. Окраска пиропов объясняется изоморфной примесью железа и марганца, которые могут входить в «скрученные» полиэдры или в октаэдры; на окраску могут влиять также хром и титан. Цвет спессартинов, вероятно, вызван Mn2+ и Mn3+ в шестерной координации, Fe2+ в восьмерной координации и Fe3+ в шестерной координации. Хромом вызвана зеленая окраска уваровита и демантоида. Даже при небольших концентрациях хрома, замещающего алюминий, цвет красный; при большем содержании хрома изменяется размер октаэдра, а цвет становится зеленым. В уваровите в отличие от пиропа алюминий и магний замещают на хром и кальций, что в результате приводит к смещению широких полос поглощения в красную область спектра. Порошок у данных кристаллов чаще всего белого цвета или светлых оттенков. Стеклянный блеск, иногда близкий к алмазному или алмазный. Отлив жирный, смоляной. Кристаллы могут быть как прозрачны, так и непрозрачны.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Menzer G. Die Kristallstruktur der Granate. // Zeitschrift fur Kristallo-graphie. - 1928. – V. 69. – P. 300-396.
2. Geller S. High-Conductivity Solid Electrolytes: MAg4I5 // Science. - 1967. - V. 157. – URL: http://science.sciencemag.org/content/157/3786/308/tab-article-info
3. Мень A.H. Состав – дефектность - свойство твердых фаз. Метод кластерных компонентов / A.H. Мень, M.B. Богданович, Ю.П. Воробьев // М.: Наука. 1977. С. 88-98.
4. Милль Б. В. Синтез гранатов с большими катионами – Докл. АН СССР, сер. физ. 1965. Т. 165. №3. С. 555-558.
5. Novak G.A., Gibbs G.V. The crystal chemistry of the silicate garnets. – G.A. Novak, G.V. Gibbs // American Mineralogist. - 1971. – V. 56. – P. 791-825.
6. Кузьмичева Г.М. Кристаллохимический анализ структурных осо-бенностей гранатов / Г.М. Кузьмичева, Б.В. Мухин, E.B. Жариков // Перспек-тивные материалы. 1997. №3. С. 41-53.
7. Кондон Е. Теория атомных спектров. / Е. Кондон, Г. Шортли. – М., 1949.
8. Judd B. R. Optical absorption intensities of rare-earth ions / B. R. Judd // Phys. Rev. – 1961. – Vol. 127. – P. 750.
9. Ofelt G. S. Intensities of crystal spectra of rare-earth ions / G. S. Ofelt // J. Chem. Phys. – 1962. – Vol. 37. – P. 511.
10. Интенсивность f–f-переходов редкоземельных ионов Nd3+, Er3+, Tm3+ в кристаллах кальций–ниобий–галлиевого граната / И. А. Белова, А. В. Малов, П. А. Рябочкина и др. // Физика твердого тела. – 2008. – Т. 50. – Вып. 9. – С. 1552–1558.
11. Сережкин В.Н. Кристаллохимические радиусы и координационные числа атомов / В.Н Сережкин, Д.В. Пушкин. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2004. – 64 c.
12. Каминский А.А. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов / А.А. Каминский, Л.К. Аминов, В.Л. Ермолаев и др. – М.: Наука, 1986. – 272 с.
13. Справочник по лазерам / Под ред. А.М. Прохорова. – М.: Сов. Ра-дио, 1978. – Т. 1. – 348 с.
14. Ковба Л.М. Соединения редкоземельных элементов. Системы с оксидами элементов I – III групп / Л.М. Ковба, П.А. Арсеньев. – М.: Наука, 1983. – 280 с.
15. O’Donnell K.P. Vibronic structure in the photoluminescence spectrum of Cr3+ ions in garnets / K.P. O’Donnell, A. Marshall, M. Yamaga // J. of Luminescence. – 1989. – V. 42. – P. 365-373.
16. Кузьмичёва Г.М. Кристаллохимический анализ структурных осо-бенностей гранатов / Г.М. Кузьмичёва, Б.В. Мухин, Е.В. Жариков // Перспек-тивные материалы. – 1997. – № 3. – С. 41-53.
17. Беляев Л.М. Катионное распределение в системе гранатов Ca3In2SnxGe3-xO12 по данным резонансной спектроскопии / Л.М. Беляев, И.С. Любутин, Б.В. Милль // Кристаллография. – 1970. – Т. 15. – № 1. – С. 174-175.
18. Dobrzycki L. Structure of YAG Crystals Doped / Substituted with Erbi-um and Ytterbium / L. Dobrzycki, E. Bulska, D. A. Pawlak etc. // Inorganic chemis-try. – 2004. – Vol. 43. – pp. 7656 – 7664.
19. Morozov I.V. Modes of coordination and stereochemistry of nitrate groups in organic and organometallic nitrates / I.V. Morozov, V.N. Serezhkin, and S.I. Troyanov // Russian Chemical Bulletin, International Edition. – 2009. – V. 58. № 12. – pp. 2407-2417.
20. Исаев В.А. Каскадная эмиссия фотонов в люминофорах и стерео-атомный анализ / В.А. Исаев, Г.Ф. Копытов, В.А. Лебедев и др. // Научный журнал КубГАУ. 2012. № 78. – стр. 1-17.
21. Скачедуб А. В. Стереоатомный анализ твердых растворов гранатов состава Yb3-xYxAl5O12 / Скачедуб А. В., Клименко В. А., Панарин А. И. // INTERNATIONAL SCIENCE PROJECT. – 2018. № 13. С. 30. URL: http://isspp.ru/2018/04/19/international-science-project-12-mart-2018/ [14.05.2018].
22. Сережкин В.Н., Михайлов Ю.Н., Буслаев Ю.А. Метод пересекаю-щихся сфер для определения координационного числа атомов в структуре кристаллов. //Журн. неорг. химии. 1997. Т. 42. № 12. с. 2036-2077.
23. Tm3+-doped Gd3Ga5O12 crystal: A potential tunable laser crystal at 2.0μm / H. Zhoua, X. Ma, G Chen et. al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2009. – Vol. 475. – P. 555-559.

Весь текст будет доступен после покупки