Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Знание закономерностей организации системы "кристалл-среда" важно для углубления понимания процессов кристаллообразования в природных условиях и для совершенствования промышленных технологий выращивания синтетических кристаллов с заданными физико-химическими свойствами. Хотя система хорошо известна - детальная картина поведения этой системы(не считая медленного роста при нормальных условиях) до сих пор не установлена. Большинство неорганических кристаллов растут в условиях высоких температур и давлений (гидротермальный синтез). Большое значение приобрели активированные неорганические и органические кристаллы. Среди последних широкое распространение нашли системы Шпольского. Но природа излучающих центров, механизмы их встраивания в матрицу, природа мультиплетов в квазилинейчагых спектрах таких систем до конца не ясны. Прямые пути наблюдения невозможны т.к. процессы роста идут при низких температурах в поликрис-таплических системах..
В данной работе для исследования системы "кристалл-среда" применен комплексный подход, включающий интерферометри-ческие, голографические и спектральные методы исследований. Новизной подхода является активное использования фактора воздействия высокого давления на систему "кристалл-раствор". Но экспериментальные исследования систем в широком интервале температур и давлений сдерживались отсутствием необходимой экспериментальной техники и методов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Установление основных закономерностей процессов, проходящих в системе "кристалл-раствор" при росте активированных кристаллов, в том числе матриц Шпольского с примесными оптическими центрами в условиях регулируемых давлений.
Соответственно решались следующие задачи: 1. Разработка комплексного метода исследования. Он включает создание камер высокого давления, автоклавов и установок, с использованием этих конструкции для исследования выбранных систем методами голографии, интерференции и методами тонкоструктурной спектроскопии.
-
Изучение процессов, определяющих организацию замкнутой системы при высокой температуре и высоком давлении, закономерностей формирования и динамики пограничного слоя в процессе роста кристалла.
-
Установление механизма внедрения примесных центров с помощью люминесцентных зондов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые проведенные в условиях гидротермального синтеза кристаллов голографические исследования системы"кристалл-среда" при высоких температурах и давлениях, позволили получить количественные данные распределения температуры и плотности в наблюдаемых температурных и концентрационных полях,определить скорости конвекционных потоков в объеме раствора. На основе наблюдений и обобщения результатов выявлены:1) основные этапы эволюции системы "кристалл-среда", 2) закономерности самоорганизации этой системы, 3) закономерности в формировании примесных центров активированных кристаллов и их оптического отклика при термобаричееких воздействиях; -разработан и создан оригинальный комплекс оптических методов для исследований системы "кристалл-среда" в широком диапазоне температур и давлений, посредством которых: -впервые установлено существование расслоения на градиентные и конвективные зоны кристаллообразующей среды в процессе роста кристалла при высокой температуре и высоком давлении; -проведено детальное исследование структуры термоградиентных зон и выявлены тонкая структура пограничного слоя, механизм возникновения микро и макрозональности строения кристалла при гидротермальном синтезе;
-экспериментально установлена связь трансформации структуры полос (мультиплета) спектра с барической зависимостью объема элементарной полости, занимаемой примесной молекулой; ^предлодена детализированная пространственная модель оптических примесных центров в системах Шпольского; -впервые установлен эффект трансформации квазилинейчатого спектра с последующим его тушением и разгорание нового спектра - спектра селективной лазерной люминесценцией, стимулированного высоким давлением.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы состоит в использовании ее результатов для совершенствования технологических процес-
- 5 -сов гидротермального синтеза кристаллов.
Разработанная рефрактометрия многокомпонентных высокопараметрических системах в сочетании с голографической интерферометрией позволяют проводить экспресс анализ распределения плотности, а в бинарных растворах и концентрации компонент.
Тонкоструктурные барически стимулированные спектры позволяют проводить высокоинформативный спектральный анализ сложных молекулярных соединений.
Результаты исследований положены в основу монографии, которая используется как' учебное пособие по спецкурсу и спецпрактикуму в ВУЗе, защищены двумя авторскими свидетельствами и удостоены двух медалей на ВДНХ СССР.
-
Самоорганизация системы "кристалл-среда", осуществляемая через формирование чередующихся градиентных, конвекционных зон и характерного пограничного слоя, является устойчивой вплоть до гомогенизации раствора при высоких давлениях и температурах и при обратном градиенте температуры до его некоторой критической величины.
-
Анализ квазилинейчатых спектров при варьировании параметров элементарной ячейки внешним давлением позволяет выяснить характер внедрения примеси в матрицу, как замещение молекул основы, построить пространственную модель оптических примесных центров органических поликристаллических систем и определить объем полости внедрения примеси по параметрам элементарной ячейки матрицы.
-
Ангармонизм колебаний решетки при тепловом расширении кристалла в интервале низких (4-30 К) температур не играет существенной роли в формировании оптических спектров примесных центров и в температурном сдвиге бесфононных линий.
-
Комплекс новых методов и специальной аппаратуры для измерения оптических и термодинамических характеристик в широком интервале температур и давлений позволяет получить количественные характеристики процессов в системе "кристалл-среда", исследовать внедрение примесных центров в активированных кристаллах и осуществлять бесконтактный контроль за основными термодинамическими параметрами сред в замкнутых системах.
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные р< зультаты докладывались и обсуждались на XXIV Всесоюзном с< вещании по люминесценции АН БССР (Минск, 1977), Всесоюзні совещании по люминесценции, посвященном 90-летию со дня ро; дения С.И.Вавилова (Ленинград, 1981), Всесоюзном совещані по молекулярной люминесценции и ее применении (Харької 1982), Всесоюзном семинаре тешюмассопереноса при росте кр] таллов (Александров, 1985), Всесоюзном семинаре "Тепло-массоперенос при росте кристаллов" (Москва, 1985), Всесою: ном совещании по экспериментальной минералогии (Черноголо: ка, 1986), 7 Всесоюзной конференции по росту кристалл* (Москва, 1988), II Всесоюзном симпозиуме "Термодинамика геологии" (Свердловск, 1988), Всесоюзном симпозиуме по КИНі тике и динамике геохимических процессов (Черноголовка,1989 Всесоюзной конференции "Физико-химические основы переработі бедного природного сырья и отходов промышленности при полу нии жаростойких материалов" (Сыктывкар, 1989), Международна конференции по спектрам выжигания провалов и люминесценці узких линий (Швейцария, 1992), материалы диссертации докл; дывались на заседаниях Сыктывкарского отделения ВМО.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Объем работы составляет 3 страниц, включая 104 рисунков, 23 таблиц, 178 найменовані цитируемых литературных источников. Диссертация состоит і введения, 6 глав, основных выводов и приложения.
Похожие диссертации на Эволюция системы "кристалл-среда" и примесных оптических центров в кристаллах при термобарическом воздействии
