Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2019

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости | Архив c 1961 по текущий год (в формате pdf), упорядоченный по годам
 
в оглавлениеN 34-35 (2819-2820) 1 сентября 2011 г.

НАНООБЪЕКТЫ
НА ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛОВ

За цикл работ по теме «Неавтономные фазы на поверхности минеральных кристаллов и их роль в концентрировании элементов-примесей» научный сотрудник лаборатории экспериментальной геохимии ИГХ СО РАН, кандидат химических наук Сергей Владимирович Липко получил премию имени академика Л. В. Таусона.

Г. Киселёва, «НВС»

Иллюстрация

Сергей закончил физфак Иркутского государственного университета в 2003 году по специальности «медицинская физика». И хотя на 3-м курсе работал в Институте солнечно-земной физики СО РАН в группе GPS-мониторинга под руководством Э. Л. Афраймовича, обстоятельства заставили перейти в Сибирский всероссийский алюминиево-металлургический институт. Здесь и диплом писал, и работал в лаборатории физико-химических методов анализа. Благодаря дружному и высококвалифицированному коллективу под руководством А. В. Кюн молодому специалисту удалось освоить различные физические методы анализа, в том числе и атомно-силовую и туннельную микроскопию. С лабораторией также связан и первый значимый успех — губернаторская премия по науке и технике за работу «Цикл научно-исследовательских и прикладных работ по металлургии алюминия и алюминиевых порошков».

Одновременно учился в аспирантуре Института геохимии СО РАН, работал у доктора химических наук В. Л. Таусона. ОАО «СибВАМИ» скоро расформировали, и молодой человек всецело мог посвятить себя геохимической науке. В прошлом году защитился, а в этом результаты его исследований были отмечены высокой наградой СО РАН.

Обнаружены впервые

— Я занимаюсь атомно-силовой и туннельной микроскопией, — рассказывает Сергей. — Уникальность этого метода в том, что он позволяет получать трёхмерное изображение поверхности с ангстремным разрешением на воздухе. Правда, мы не можем максимально использовать данную уникальную возможность, поскольку внешние условия не соответствуют эксплуатационным. Нужно особое помещение, высокий класс чистоты. А наш сканирующий мульти-микроскоп СММ-2000, сделанный в Зеленограде российскими мастерами, очень компактный и может легко разместиться на письменном столе. И считается, что создавать для него особые условия не стоит, он и так достаточно эффективен — позволяет исследовать поверхности минералов с нанометровым разрешением.

Изучение поверхности различных минералов с помощью СММ-2000 и других поверхностных методов позволило доказать присутствие на поверхности кристаллов различных по своей природе минеральных и неорганических веществ особых фазовых образований — неавтономных фаз — и обосновать их роль в распределении элементов-примесей. Неавтономные фазы обладают способностью поглощать элементы-примеси в сверхвысоких концентрациях, что приводит к значительным различиям поверхностных и объёмных коэффициентов распределения, достигающих трёх порядков величины и более. Данный эффект является важной причиной существования зависимости содержания элемента от размера кристалла.

Практический интерес

Интерес к наноразмерным объектам обусловлен возможностью значительной модификации и изменения свойств известных материалов при переходе их в нанокристаллическое состояние. Модифицирование поверхности неорганических или минеральных кристаллов в направлении создания неавтономных фаз с заданными свойствами может существенно улучшить свойства неорганических сорбентов, повысить их эффективность и избирательность. Поверхностные фазы несут информацию об условиях образования минерала и его геологической истории, что важно для поисковой геохимической практики.

Только вместе

Работа, конечно же, выполнялась коллективно. Известно, что поверхность кристалла, даже атомно-гладкая, является двумерным дефектом кристаллической структуры. Однако до последнего времени, до появления принципиально новых методов анализа и визуализации поверхности, сведений о реальной структуре поверхности было совершенно недостаточно. Наша работа — одно из тех современных исследований, которые во многом восполняют этот пробел в знаниях. Становится понятно, что поверхность кристалла — особая зона, где действуют законы нанохимии и нанофизики, образуются неавтономные фазы, которые не могут существовать без поверхности и где мощно действует эффект улавливания поверхностью микропримесей.

Мой учитель

Владимир Львович Таусон — мой учитель и сын учёного, именем которого названа полученная мною премия — известный специалист в области исследования проблем теоретической и экспериментальной минералогии и геохимии. В 1995 году он в составе коллектива авторов отмечен премией Правительства РФ в области науки и техники за работу «Теоретические аспекты и технология выплавки кремния», в 1999 году за коллективную монографию «Геохимия твердого тела» получил медаль и диплом Всероссийского минералогического общества, в 2002-м — премию имени А. П. Виноградова за серию работ «Экспериментальные и теоретические исследования гетерогенных равновесий и поведения микроэлементов в геохимических системах с реальными кристаллами фаз».

Было обнаружено, что содержание золота на поверхности пирротина превышает концентрацию в объёме самого кристалла в 10 тысяч раз. С чем это связано, что заставляет золото агрегироваться на поверхности? Когда появился атомно-силовой микроскоп, удалось увидеть на поверхности минерала пирамидальные кристаллические наноструктуры. Владимир Львович определил их как неавтономные фазы и первый понял, что это как раз и есть то, что концентрирует золото на поверхности.

Поступив в аспирантуру, я стал заниматься этим вопросом — определять условия роста и свойства этих неавтономных фаз. На первом этапе надо было доказать, что они действительно существуют. Был разработан новый подход, объединяющий методы электронной спектроскопии, сканирующей зондовой микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа с методами экспериментальной геохимии (синтез и превращение минералов при заданных условиях) и исследованием поверхностей природных минералов, определением в них различных форм нахождения элементов (основные формы нахождения примесей в кристалле хемосорбционная, физическая, структурная и минеральная. К последней форме относится неавтономная нанофаза).

Интерес к методикам

Я взаимодействую со многими институтами: Институтом медицины ВСНЦ СО РАМН, институтами Сибирского отделения — Иркутским институтом химии, СИФИБРом и ЛИНом, и везде этот подход анализа поверхности работает. Допустим, в Институте химии получают наночастицы золота, которые используют для изготовления лекарств. Наночастицы, покрытые арабиногалактаном, предстоит направить с лекарствами в больной орган человека. Арабиногалактан — это органика, она занимает 500 нанометров вокруг самой наночастицы, как «конфетка» в эту оболочку завернута. Был выполнен морфологический анализ поверхности оболочки. Больших результатов, правда, это не принесло. А вот с Институтом хирургии получены интересные результаты, которые впоследствии распространились и на другие биологические объекты. Мы исследовали митохондрии, смотрели, как атеросклероз влияет на мембрану митохондрии. Опубликовали совместных три статьи в рецензируемых журналах. Исследования проводили на крысах, и здоровых, и больных атеросклерозом, увидели, как меняется структура мембраны.

В ЛИНе занимаюсь изучением механических свойств диатомовых водорослей. Загадка того, как они из чистой воды добывают кремний и создают из него такие причудливые формы домиков-панцирей, интересует многих. Мы сначала посмотрели морфологию поверхности этих строений и обнаружили, что стенки панциря диатомовых сложены из элементарных структур. Механизм такого строительства пока непонятен. На данном этапе стоит задача определения механических свойств диатомовых в рамках эволюции, то есть, нужно определить прочность панциря для различных видов диатомей и сравнить с прочностью зубов ракообразных, которые их поедают, перемалывая. Это нужно для изучения эволюции данных видов. Трудность заключается в том, что инструмента, позволяющего выполнить данное исследование, в России пока нет.

Такие работы по неавтономным фазам в мире, насколько я могу судить по анализу публикаций, не ведутся. Соперников пока не видно — они исследуют в основном атомно-чистые сколы.

Итак, нами доказано существование неавтономных фаз, изучены свойства и условия их образования. Кроме того, состав и свойства неавтономных фаз отличаются друг от друга в зависимости от происхождения минерала, а это позволяет отследить, в каких условиях рос кристалл, проследить всю его историю.

Фото В. Короткоручко

стр. 12

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?7+603+1