Наномінералогія

НАНОМІНЕРАЛО́ГІЯ (від нано... і мінералогія) — галузь сучасної мінералогії, що вивчає земну та космічну речовину в нанорозмірному масштабі. Н. орієнтована на характеристику нановластивостей (напр., включення, структури розпаду твердих розчинів, зонал. будова, плівки, порожнини та пори) у мінералах і виявлення нових наномінералів. Її виникнення пов’язане з використанням ефектив. методів дослідж., головними з яких є просвічувал. електронна мікроскопія високої розділ. здатності (HRTEM) і високорозділ. растрова мікроскопія (FE-SEM). Префікс нано- об’єднує структури з розміром 0,1–10 нм, але реально в мінералогії, як і в нанохімії, досліджують об’єкти від декількох до 100 нм. Нанорівень об’єднує мінералоутворювал. елементи (атоми, іони, молекули, кластери тощо), наноіндивіди та наноагрегати. Основними у Н. є наноіндивіди, що мають чіткі фазові межі та часто кристалогр. обриси. Вони складені з відносно невеликої кількості буд. частинок, часто декількома елементами (комірками), що мають далекий порядок. Наноіндивід є новим типом структурно та морфологічно впорядков. об’єктів мінерал. царства. До нано­об’єктів зараховують квазікри­стали та фулерени. Поняття «квазікристали» запропонували у 1980-х рр. амер. фізики П. Штейнгардт і Д. Левін. Це речовини, кристалічна структура яких характеризується відсутністю тривимір. періодичності, принаймні в одному напрямі, але має досить досконалий далекий порядок. Ізраїл. фізик і хімік Д. Шехт­ман разом зі співробітниками відкрив квазікристали в синтезов. сплаві Al_0,86Mn_0,14 у вигляді мікрон. зерен з п’ятір. (L₅) віссю обертання, не властивою для кристаліч. стану, що відповідає ікосаедрич. симетрії кристаліч. структури. Це відкриття істотно змінило та водночас розширило уявлення про класичне поняття симетрії кристалів і міцно закріпилося в кристалогр. термінології. Згодом виявлено ін. типи квазікристаліч. структур (октаедрична, дека­едрична, додекаедрична) у різних за хім. складом сплавах. Фулерени — це квазікристали, збудовані вуглец. кластерами нанометр. розмірів. Нині відомі прості фулерени С₆₀, С₇₀, С₇₂, С₇₆, С₉₀, гіперфулерени С₂₄₀, С₅₄₀, С₉₆₀, С₁₅₀₀ тощо. Експериментально фуле­р­ен С₆₀ як нову модифікацію вуглецю відкрили 1985 британ. хімік Г. Крото та амер. хіміки Р. Керл і Р. Смолі. Перший природ. ікосаед­рич. кристал фулерен С₆₀ виявлений у шунгітах Карелії (РФ). Він є гомо-атом. квазікристаліч. сполукою, у структурі якої атоми ву­глецю з’єднані зв’язками: одинар. (таких зв’язків 60 із довж. 1,46 Å) та сильними подвій­ними (30 із довж. 1,38 Å). Фулерени застосовують як нові мастил. матеріали, молекулярні пастки для атомів (зокрема й радіоактивних), нові ліки, корисні домішки у сплавах сталі, посилювачі зародкоутворення при рості діамант. плівок тощо. Наноіндивіди характерні для всіх геол. об’єктів. Вони є в метеоритах, серед глинистих мінералів, як включення у мінералах, у живих організмах. З розвитком Н. пов’язані 2 важливі проблеми сучас. мінералог. науки: перегляд уявлень про зародження і ріст кристалів під впливом нових ідей кластер. самоорганізації речовини; нове (широке) розуміння поняття «мінерал», на засадах якого можливе суттєве збільшення за рахунок наносвіту, відкриттів нових мінералів. В Україні дослідж. у галузі Н. торкаються вивчення домішк. нанорозмір. структур і наноіндивідів у породоутворювал. мінералах, пов’язаних з утворенням та еволюцією твердих розчинів і фізіоген. біомінералів в організмі людини, магніт. властивостей нанорозмір. синтезов. магнетиту, глобуляр. нанокристалів діаманта, ультрадисперс. феригідратів і техноген. фаз на поверхні сталі тощо.

Завантажити статтю