СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭТАПОВ ФОРМИРОВАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОННО-КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СПЕКТРОВ Российский патент 2002 года по МПК G01N21/00 

Изобретение относится к области контроля состояния вещества, а именно к способам диагностирования этапов формирования кристаллической решетки аморфного тела.

Известен рентгенофазовый способ анализа [В. Н. Герасимов, Е. М. Доливо-Добровольская, И. Е. Каменцев и др. Руководство по рентгеновскому исследованию минералов. Л. , "Недра", 1975] процесса формирования кристаллической решетки в аморфном веществе, основанный на рентгеновской дифракции, позволяющий судить о наличии фаз по рентгенограмме.

Ограничение метода связано с невозможностью диагностики аморфных и плохо раскристаллизованных состояний вещества. Способ позволяет определять наличие фаз только с появлением дальнего порядка в атомной структуре вещества, при этом этапы зарождения и ближнего порядка в новой фазе, его трансформации, появление следующих координационных сфер остаются за рамками применимости способа. Также существует относительно низкая чувствительность рентгеновского фазового анализа, регистрируемое содержание фаз при использовании стандартного оборудования находится на уровне первых процентов.

Известен способ диагностирования фазовых переходов с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [Физический энциклопедический словарь. М. , "Советская энциклопедия", 1983] , включающий отслеживание изменений симметрии локального окружения парамагнитных зондов по изменению симметрии спектра ЭПР и суждение по изменению формы линий о процессах формирования кристаллических зародышей в аморфных фазах. Способ применяется для исследования тел с хорошо окристаллизованными крупными монокристаллами преимущественно веществ с перовскито-подобными структурами.

Недостатком этого способа является сложность проведения анализа структуры вещества, кроме того, известный способ не является дистанционным, что при сравнимой с предлагаемым способом существенно ограничивает лабораторное использование ЭПР-спектроскопии для изучения структурных трансформаций аморфных веществ.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа диагностирования фазовых превращений в процессе формирования кристаллической решетки с использованием электронно-колебательных спектров.

Предлагаемый способ позволяет определить последовательность фазовых превращений аморфного тела, диагностировать этапы фазового превращения аморфного тела в кристаллическое, проводить исследования в лабораторных условиях и, кроме того, позволяет диагностировать фазовые состояния плохо раскристаллизованных веществ.

Существенные признаки изобретения
Способ диагностирования этапов формирования кристаллической решетки, включающий определение параметров электронно-колебательных спектров примесных центров исследуемого образца, наблюдение изменения относительной интенсивности спектральных линий и суждение: по появлению бесфононных линий - о возникновении зародышей кристаллической фазы, по появлению фононного крыла с энергией 1 - 10 см^-1 - о развитии ближнего порядка структуры новой фазы (первая координационная сфера), по появлению фононного крыла с энергией 10 - 100 см^-1 - о наличии второй координационной сферы, по появлению фононного крыла с энергией 100 см^-1 и более - о формировании дальнего порядка кристаллической фазы.

Технический результат достигается тем, что для диагностирования этапов формирования кристаллической решетки в аморфном веществе определяются параметры электронно-колебательных спектров примесных центров, наблюдается изменение относительной интенсивности спектра и выносится суждение: о возникновении зародышей кристаллической фазы по появлению бесфононных линий, по появлению фононного крыла с энергией 1 - 10 см^-1 - о развитии ближнего порядка структуры новой фазы (первая координационная сфера), по появлению фононного крыла с энергией 10 - 100 см^-1 - о наличии второй координационной сферы, по появлению фононного крыла с энергией 100 см^-1 и более - о формировании дальнего порядка кристаллической фазы.

Способ осуществляется следующим способом
Для диагностики фазовых превращений были изготовлены образцы, полученные при различной температуре. В качестве исходных веществ были взяты аморфный оксид алюминия (Аl₂О₃) для тонкослойной хромотографии и мелкодисперсный оксид хрома (Сr₃О₃). Оксид алюминия и оксид хрома брались из расчета получить твердый раствор с концентрацией хрома 0.6 мас. %.

Образцы синтезировались методом горячего прессования в камере высокого давления при давлении порядка 25000 атм и в электропечи при атмосферном давлении. В процессе получения образцов температура варьировалась от 800 до 1400^oС.

Спектры люминесценции исходной смеси и поликристаллического рубина на разных этапах кристаллообразования (фиг. 1) были получены на установке, блок схема которой представлена на фиг. 2, состоящей из ртутной лампы 1, фильтра 2, монохроматора 4, фотоэлектронного умножителя 5, электронного усилителя 6 и самопишущего прибора 7.

Образец 3 облучался ультрафиолетовым светом от ртутной лампы. Излучаемая люминесценция регистрировалась с помощью монохроматора.

Для доказательства достоверности способа были исследованы образцы с заранее известными фазовыми состояниями. У исходной смеси и образцов, полученных при температуре ниже 800 ^oС (фиг. 1, кривая 1), отсутствовали линии спектра люминесценции рубина, что свидетельствует об отсутствии корундовой структуры.

У образцов, полученных при температуре 800-1000^oС (фиг. 1, кривая 2), спектр 2 соответствует началу фазообразования корундовой решетки. Появление R₁, R₂ линий (бесфононных линий) указывает на начало формирования кристаллической решетки, содержащей примесные центры ионов Сr³⁺ в октаэдрах из ионов кислорода. Этот факт диагностирует зародышеобразование.

Спектр 3 (фиг. 1, кривая 3) снят для образцов, полученных при температуре 1000-1200^oС. Здесь кроме интенсивных R₁, R₂ линий видны четко выраженные линии соответствующие развитию локальных фононов с энергией 1 - 10 см^-1. Это отражает развитие ближнего порядка в процессе кристаллообразования.

Образцы, полученные при температуре 1400^oС и более, дают спектр люминесценции 4 (фиг. 1, кривая 4), на котором проявляются интенсивные линии, соответствующие высокочастотным фононам с энергией 100 см^-1 и более. Это отражает развитие дальнего порядка.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет отследить последовательность фазовых превращений аморфного тела. Установка, используемая для получения спектров люминесценции, может быть изготовлена в любых лабораторных условиях, что делает способ диагностирования широкодоступным.

Изобретение относится к области контроля состояния вещества. Для диагностирования этапов формирования кристаллической решетки в аморфном веществе определяются параметры электронно-колебательных спектров примесных центров, наблюдается изменение относительной интенсивности спектра и выносится суждение о возникновении зародышей кристаллической фазы по появлению бесфононных линий, по появлению фононного крыла с энергией 1-10 см^-1 - о развитии ближнего порядка структуры новой фазы (первая координационная сфера), по появлению фононного крыла с энергией 10-100 см^-1 - о наличии второй координационной сферы, по появлению фононного крыла с энергией 100 см^-1 и более - о формировании дальнего порядка кристаллической фазы. Технический результат: позволяет диагностировать фазовые состояния плохо раскристаллизованных веществ. 2 ил.

Способ диагностирования этапов формирования кристаллической решетки, включающий определение параметров электронно-колебательных спектров примесных центров исследуемого образца, наблюдение изменения относительной интенсивности спектральных линий и суждение, по появлению бесфононных линий - о возникновении зародышей кристаллической фазы, по появлению фононного крыла с энергией 1-10 см^-1 - о развитии ближнего порядка структуры новой фазы (первая координационная сфера), по появлению фононного крыла с энергией 10-100 см^-1 - о наличии второй координационной сферы, по появлению фононного крыла с энергией 100 см^-1 и более - о формировании дальнего порядка кристаллической фазы.