ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 2010‑12‑10 16:00
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.05
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Громалова Наталья Александровна
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Урусов В. С

6165 Официальные оппоненты
Самойлович М. И
Солодова Ю. П

6255
дхн

4662
дфмн
кгмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.
1
255
Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников
76
109
5778 Таблиц
5760 Иллюстраций
37
62
Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город
ауд. 415, Геологический факультет МГУ
1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета
Д 501.002.06
2151 Полное наименование организации
Д 501.002.06
2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации
Институт экспериментальной минералогии РАН 
2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Раствор ‑ расплавная кристаллизация и комплексное исследование состава, кристалломорфологии и свойств хризоберилла и александрита 
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Общая характеристика работы.   
Актуальность темы.    
   
Интерес к методам синтеза кристаллов обусловлен возрастающими потребностями современных науки и промышленности в материалах с особыми физическими свойствами. Кристаллы александрита    
используют в качестве активной среды перестраиваемых твердотельных лазеров инфракрасного диапазона, для обработки материалов, а также в ювелирной промышленности. Большинство    
современных методов выращивания александрита предполагают использование в расплаве токсичного оксида бериллия ‑ BeO, поэтому представляется целесообразным разрабатывать методики    
синтеза на основе исходного природного сырья. Выявление особенностей природного и синтетического хризоберилла и александрита также очень важно для их диагностики, что обусловлено    
ценовыми характеристиками на александрит. В большинстве случаев визуальное изучение ограненного камня достаточно для определения его генезиса, но также часто имеют место сложные    
ситуации, когда природа образца вызывает многочисленные дискуссии (например, отсутствие, либо неясная природа включений). Основной задачей является разработка и применение    
неразрушающих методов диагностики.    
   
Все это определило основную цель работы: выявить оптимальные условия синтеза BeAl2O4, с привлечением комплекса современных методов исследования вещества изучить природные    
и синтетические кристаллы хризоберилла и александрита, провести атомистическое моделирование их структуры, свойств и морфологии. Для достижения поставленной цели были определены    
следующие основные задачи: 1. Постановка экспериментов по синтезу александрита из исходного природного кристаллообразующего компонента ‑ хризоберилла методом раствор ‑ расплавной    
кристаллизации; 2. Кристалломорфологическая систематизация результатов экспериментов; 3. Исследование природного и синтетического александрита и хризоберилла комплексом современных    
инструментальных методов; 4. Атомистическое компьютерное моделирование кристаллической структуры, упругих и термодинамических свойств хризоберилла и его изоструктурных аналогов,    
оценка термодинамической стабильности твердых растворов Be(Al,Cr,Fe)III2O4 и анализ их локальной структуры; 5. Теоретическое моделирование морфологии кристаллов александрита    
и хризоберилла на основе данных атомистического структурного моделирования.    
   
Защищаемые положения.    
   
1) Оптимизированные температурно ‑ концентрационные условия и раствор ‑ расплавные системы на основе Bi2O3 ‑ MoO3 и PbO ‑ V2O5 дают возможность получения кристаллов александрита    
в сравнительно мягких термических условиях из природного кристаллообразующего компонента ‑ отходов хризоберилловых месторождений, что позволяет избежать использования токсичного    
BeO.    
   
2) Разнообразие морфологических типов синтезированных кристаллов хризоберилла и александрита связано с термодинамическими условиями, кинетическими факторами, соотношением    
примесей Cr2O3, Fe2O3 и длительностью эксперимента.    
   
3) Отличительные признаки природного и синтетического хризоберилла и александрита рельефно проявляются при проведении комплексного исследования рядом дополняющих друг друга    
инструментальных методов, в том числе оптической микроскопии, КР  спектроскопии, термобарогеохимии, ИК ‑ спектроскопии, цветной катодолюминесценции в РЭМ, люминесцентной    
спектрофотометрии, электронно ‑ парамагнитного резонанса.    
   
4) Разработанный набор параметров потенциалов межатомного взаимодействия позволяет корректно описать изученные экспериментально и оценить еще неизученные структурные, упругие,    
термодинамические свойства BeAl2O4 и его изоструктурных аналогов, границы взаимной смесимости компонентов, энергетику точечных дефектов и особенности локальной структуры в    
твердых растворах на основе хризоберилла.    
   
5) Оригинальная методика комбинированного подхода к расчету теоретического габитуса, учитывающая как геометрические особенности структуры, так и величины поверхностной энергии    
граней, позволяет обеспечить хорошее согласие теоретической и экспериментально наблюдаемой огранки хризоберилла и александрита.    
   
Научная новизна работы.    
1) Проведенные эксперименты по синтезу позволили рекомендовать оптимальные температурно ‑концентрационные условия и составы растворителей при использовании природного сырья.    
2) На представительной коллекции хризоберилла и александрита выполнено комплексное исследование различными современными инструментальными методами, которые выявили особенности    
природного и синтетического хризоберилла и александрита.    
3) Проведен морфологический анализ кристаллов хризоберилла и александрита, полученных методом раствор ‑ расплавной кристаллизации. Установлены зависимости габитуса кристаллов    
от термодинамических условий, кинетических факторов, соотношения примесей Cr2O3 и Fe2O3.    
4) Разработан набор параметров потенциалов межатомного взаимодействия для компьютерного моделирования, успешно описавший структурные, термодинамические, упругие свойства хризоберилла    
и его аналогов; сконструированы конфигурации различных составов, максимально отвечающие неупорядоченному твердому раствору (с учетом катионных распределений по неэквивалентным    
октаэдрическим позициям структуры); рассчитаны свойства смешения во всем диапазоне составов для твердого раствора Be(Al,Cr,Fe)III2O4; оценены области стабильности твердых    
растворов; получены значения критической температуры и состава; проведен анализ локальной структуры соединений на основе хризоберилла.    
5) Методом атомистического компьютерного моделирования проведен расчет поверхностных энергий граней кристаллов хризоберилла, александрита и изоструктурных аналогов: BeCr2O4    
и BeFe2O4. Предложен комбинированный подход, учитывающий как геометрию структуры, так и поверхностную энергию граней.    
   
Практическая значимость работы.    
   
1) В ходе выполнения экспериментов по выращиванию хризоберилла и александрита определены оптимальные условия, соотношения компонентов раствора ‑ расплава и примесей для получения    
монокристаллов александрита с ярко ‑ выраженным александритовым эффектом, что позволяет в дальнейшем переходить к выращиванию кристаллов более крупного размера.    
   
2) Результаты комплексного исследования могут быть использованы как в качестве справочных данных, так и в учебном процессе. Большинство результатов, полученных в ходе комплексного    
исследования, может быть активно использовано на практике при геммологической диагностике и установления генезиса александрита ювелирного качества. Показано, что цветная катодолюминесценция    
может быть использована в прикладной геммологии для идентификации природных и синтетических драгоценных камней, и эти результаты рекомендованы в качестве учебно ‑ методических    
материалов.    
   
3) Оптимизированный набор параметров межатомных потенциалов, позволивший корректно описать структуру и термодинамические свойства хризоберилла и его аналогов, свойства смешения    
и локальную структуру двойных твердых растворов в системе BeAl2O4 ‑ BeCr2O4 ‑ BeFe2O4, может быть рекомендован для моделирования других соединений, содержащих BeO4  группировки    
(например, фенакит, берилл);    
   
4) Показано, что использование комбинированного подхода к теоретическому анализу морфологии кристаллов обеспечивает хорошее согласие теоретической и экспериментально наблюдаемой    
огранки кристаллов хризоберилла и александрита, что позволяет рекомендовать его для расчета теоретических габитусов других кристаллов.    
   
Фактическая основа и методы исследования. В работе исследовалась коллекция александрита и хризоберилла, включающая в себя: 11 природных образцов (Урал, Танзания); 5 синтетических    
образцов, полученных методами: гидротермального синтеза, флюсовым и Чохральского; 22 навески кристаллов (по 0,1  0,6 г., т.е. свыше 1000 объектов), синтезированных методом    
раствор ‑ расплавной кристаллизации, а также 5 образцов александрита неизвестного генезиса (3 пластины и 2 искусственно ограненных образца). Природные и ряд синтетических    
образцов переданы Геммологическим Центром МГУ и с.н.с. А.Ю. Беляковым. Синтетические образцы (раствор ‑ расплавная кристаллизация) получены автором лично. При решении поставленных    
задач применялись различные методы исследования и анализа: оптическая микроскопия, растровая (сканирующая) электронная микроскопия, электронно ‑ зондовый анализ, ИК  спектроскопия,    
КР  спектроскопия, спектроскопия в видимой области, мессбауэровская спектроскопия, цветная катодолюминесценция в РЭМ, электронно ‑ парамагнитный резонанс, люминесцентная    
спектрофотометрия, термобарогеохимия (криометрия включений), колориметрия, гониометрия, рентгенография. Комплекс инструментальных методов был дополнен в работе теоретическим    
методом атомистического компьютерного моделирования.    
   
Личный вклад автора. Все результаты, представленные в диссертации, получены самим автором, либо при его непосредственном участии.    
   
Работа выполнена на кафедре кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, отдельные исследования проводились в лабораториях кафедр    
минералогии, петрологии геологического факультета МГУ, на кафедрах физического факультета МГУ, а также во Всероссийском научно ‑ исследовательском институте синтеза минерального    
сырья (г. Александров), Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН,    
Институте геохимии, минералогии и рудообразования имени Н.П. Семененко НАНУ (г. Киев). Отдельные этапы работы были поддержаны грантами РФФИ 09‑05‑00403‑а, ведущих научных    
школ Российской федерации  НШ‑1880.2008.5.    
   
Апробация работы. Материалы, включенные в диссертацию, докладывались на следующих всероссийских и международных конференциях: международная конференция студентов, аспирантов    
и молодых ученых Ломоносов, Москва, 2005, 2008, 2010; День научного творчества студентов, Москва, 2005, 2007; VIII Международная конференция Новые идеи в науках о Земле,    
Москва, 2007; 30th International Gemmological Conference, Москва, 2007; ХV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых    
тел, Черноголовка, 2007; V Межвузовская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Молодые ‑ наукам о Земле, Москва, 2008; XXI Congress and General assembly    
of the International Union, Осака, Япония, 2008; 27 ‑ ые научные чтения им. академика Н.В. Белова, Нижний Новгород, 2008; V международный симпозиум Минеральное разнообразие    
‑ исследование и сохранение, София, Болгария, 2009; Годичное собрание РМО Онтогения минералов и ее значение для решения геологических прикладных научных задач, Санкт‑Петербург,    
2009; V Национальная кристаллохимическая конференция, Казань, 2009; Всероссийская конференция Минералы: строение, свойства, методы исследования, Миасс, 2009, 2010; Научная    
конференция Ломоносовские чтения, Москва, 2009, 2010.    
   
Публикации. Результаты исследований, изложенные в диссертации, отражены в 25 публикациях: 8 статьях (4  опубликованы, 4  приняты в печать) в журналах, 17 тезисах докладов.    
   
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка цитированной литературы и приложений. Общий объем работы  255 страниц, включая 37 таблиц    
(плюс 23 таблицы в приложениях), 76 рисунков (плюс 39 рисунков в приложениях). Список литературы состоит из 109 наименований.    
   
Благодарности. Работа выполнена под руководством академика РАН, доктора хим. наук, проф. В.С. Урусова, которому автор в первую очередь выражает искреннюю благодарность за    
помощь в содействии на всех этапах написания данной работы. При выполнении работы автору оказывалась неоценимая помощь и постоянная поддержка со стороны доцентов кафедры кристаллографии    
и кристаллохимии Г.И. Дороховой и Н.Н. Еремина. Существенную помощь автору оказали консультации и помощь в проведении экспериментов по раствор ‑ расплавной кристаллизации    
проф. Н.И. Леонюка и с.н.с. В.В. Мальцева. Автор выражает глубокую благодарность своим соавторам и сотрудникам, помогавшим в исследованиях: В.С. Куражковской, Е.Л. Белоконевой,    
Н.В. Зубковой, Д.А. Ксенофонтову, Е.В. Копорулиной (кафедра кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета МГУ); А.А. Ульянову, О.В. Кононову, Д.Г. Кощугу, С.В.    
Вяткину, И.А. Бакшееву, М.Ф. Вигасиной, И.В. Пекову, Л.В. Мельчаковой, Л.П. Огородовой, Н.Н. Кононковой, И.А. Брызгалову, Е.А. Власову, А.Н. Ноздрякову, Р.С. Серову (кафедра    
минералогии геологического факультета МГУ); Е.В. Гусевой, Н.Н. Коротаевой, В.О. Япаскурту (кафедра петрологии геологического факультета МГУ); В.С. Русакову, П.В. Иванникову    
(физический факультет МГУ); В.Ю. Прокофьеву (ИГЕМ РАН); А. А. Кременецкому, И.М. Куликовой, О.А. Набелкину, А.Ю. Баскакову (ИМГРЭ); М.Н. Тарану (Институт геохимии, минералогии    
и рудообразования им. Н.П. Семененко НАНУ), А.Б. Дубровскому (ВНИИСИМС). Автор также признателен проф. С. Паркеру (Университет Бат, Англия), предоставившему в распоряжение    
автора программный продукт METADISE. За предоставленные для исследования образцы автор выражает благодарность А.Ю. Белякову и Геммологическому Центру МГУ (А.В. Столяревичу,    
Ю.Б. Шелементьеву). Всем этим лицам автор выражает свою глубокую признательность и сердечную благодарность.  
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово