Перовскит – история, полезные свойства и описание камня

Перовскит – история, полезные свойства и описание камня

Камни и минералы и самоцветные камни мира
Оксиды и гидрооксиды: Перовскит

Диагностическая карта.

Ca Ti O₃
Сингония ромбическая
Твердость 5,5
Удельный вес 4
Спайность трудно проявляется
Излом от полураковистого до неопределенного
Цвет от желтого до черного
Цвет в порошке от желтого до светло-серого
Блеск от алмазного до полуметаллического

Кристаллы, почти всегда хорошо окристаллизованные, имеют очень ясную псевдокубическую симметрию. Чаще всего представлены в простой форме четких кубов или октаэдров, иногда сильно искаженных. На гранях кристаллов штриховка идет параллельно ребрам. Массивная или зернистая форма редка. Назван в честь русского минералога графа Л. А. Перовского.

Форма кристаллов. Кубы, грани кубов иссечены короткими штрихами, параллельными ребрам. Кристаллическая структура. В центре кубической элементарной ячейки расположен ион кальция, по углам – ионы титана, а в середине каждой из граней – ион кислорода. Класс симметрии. Гексаоктаэдрический – m3m.

Диагностические признаки.
Минерал тяжелый, твердый, спайность очень несовершенная вдоль плоскостей куба. Хрупкий, с полураковистым или неопределенным изломом. Поведение в кислотах. Разлагается в кипящей H2S04. Кристаллы кубические, имеют штриховку, как у пирита.

Происхождение.
Встречается как акцессорный минерал в различных интрузивных и метаморфических породах (серпентиниты, хлоритовые и тальковые сланцы), в гранатитах и родингитах, в контактных мраморах. Среди разновидностей выделяются дизаналит, обогащенный ниобием, и кнопит, содержащий церий.

Месторождения.
В виде вросших или наросших кристаллов встречается в хлоритовых сланцах (Тироль), в некоторых магматических магнетитовых породах (Финляндия, богатое месторождение, пригодное для разработки); контактово-метасоматического происхождения (Россия, район Златоуста); в серпентине, в вулканических изверженных породах (на Везувии, Италия). Красивые образцы этого минерала обнаружены в месторождении Ока в Квебеке (Канада), где они встречаются в изобилии. Встречается в виде пластинчатых двойников, иногда в виде параллельно сросшихся агрегатов (горы Эйфель, Германия).

Перовскит имеет исключительно коллекционное значение. Промышленное применение находят только разновидности с большим содержанием ниобия, церия и других редкоземельных элементов.

Перовскит в голубом кальците. Ахматовская копь, р-н Златоуста, Ю.Урал. 17х10х8 см. Кристаллы до 3 см. Фото: © А.А. Евсеев.

Камень, минерал, минералы, камни, кристалл, порода, камни драгоценные, натуральные камни, горные породы, драгоценный камень, горная порода, дикий камень, камни и минералы, название камней, природный камень, натуральный камень, камни минералы, полудрагоценный камень, минералы это камни каталог, минералогия, значение камней, что такое минералы, свойства камней, название камней и минералов, природные камни названия и фото, природные камни, минералы камни, камни натуральные, камни фото и названия, минералы названия, дикий камень фото, горные породы и минералы, минералы и камни, химический состав минералов, из чего состоит камень, самые удивительные камни и минералы, минералы список, каталог минералов, камни и их свойства, драгоценные минералы, камень природный, минералы виды, виды минералов, камень кристалл, камни свойства, геология камни, основные минералы, минералы и их классификация, самые красивые минералы, минералы определение, происхождение камней, кристалл минерал, обычные камни, минералы классификация, камни описание, как выглядят драгоценные камни в природе, камень что это, виды природного камня, ценный минерал, наука о минералах, химическая классификация минералов, магнитные свойства минералов, мир минералов, минерал горная порода, какие есть горные породы и минералы, типы камней, камень состав, описание минералов, камни в природе, полезные камни, определитель камней, плотность минералов, твердость горных пород, картинки камней и их названия, классификация минералов геология, горные породы и минералы, полудрагоценные камни названия и фото, характеристика минералов, структура камня, минералы в природе.

» Высшая математика
» Все о доме и природе
» Ролевые игрыВсе о драгоценных камнях
Каталог минералов мира
Все о популярных камнях
» драгоценные камни
» полудрагоценные камни
» поделочные камни
» оригинальные камни
Месторождения самоцветов
Это интересно, все о камнеПродажа изделий
Подвески, сувениры
Изделия “Opere Plumarii”
Бусы, браслеты из камней
Камни, кристаллы, образцы
Шары, яйца, пирамидки
Четки ручной работы, камни
Нефрит, массажеры, видео
Фигурки из бронзы на камне
Кожа с камнями – подвески

Интернет-магазин, продажа сувениров и аксессуаров, дружественный сайт
» Продажа сувениров, сумочек из кожи, бусы, четки, изделия из дерева, бронзы
» Пояса, сумочки, кожа, оригинальные и редкие аксессуары современной одежды
» Браслеты, серьги, кольца, “Ловец снов”, подвески, сувениры ручной работы
» Продам черепа, хвосты, изделия из бисера, колье, открытки ручной работы

• Гетчеллит – “Нью-Альмаденская обманка” – арсенид и сульфид сурьмы (современная сульфосоль)
• Сурьма – ядовитый металл (полуметалл), широко используемый в металлургии, медицине и технике
• Цирконий – редкий и нераспространенный металл и опаснейший драгоценный камень в оксиде и соли
• Золото – желтый опасный и ядовитый металл современных точных цифровых и кабельных технологий
• Сера – золотисто-желтое токсическое вещество и признак активной вулканической деятельности
• Кадмий – нераспространенный токсический неизвестный широкому кругу людей серебристый металл
• Свинец – ядовитый серый имитатор металлического серебра и токсическая металлическая обманка
• Мышьяк – классический яд средневековых и современных отравителей и лекарство в медицине

• Поиск в базе данных, 614 статей – по законам Украины об ответственности за камни и минералы
• Поиск в базе данных, окаменелости, янтарь, перламутр, жемчуг, белемниты, бивень мамонта
• Поиск в базе данных, кимберлитовые технологии – кимберлиты, шахты, тоннели, карьеры, ГОКи
• Поиск в базе данных, гороскопы и знаки Зодиака, камни и минералы – гороскопы камней

Если Вы зашли на эти страницы по прямой ссылке из поисковых систем, и этот материал оказался для Вас слишком сложным, рекомендуем постетить раздел “Каталог популярных камней”, где приводятся фотографии и доступно описываются свойства более 100 наиболее популярных драгоценных и поделочных камней и самоцветов и приписываемые им магические свойства.

Ядовитые и радиоактивные опасные камни и минералы

** – ядовитые камни и минералы (обязательная проверка в химлаборатории + явное указание на ядовитость)
** – радиоактивные камни и минералы (обязательная проверка на штатном дозиметре + запрет на открытые продажи в случае радиоактивности свыше 24 миллирентген / час + дополнительные меры защиты населения)
** – камни и минералы, опасные механическими повреждениями организма

Камни, минералы и самоцветные камни мира по группам

** – ядовитые камни и минералы
** – радиоактивные камни и минералы
** – механически опасные камни и минералы

Перовскит

СВОЙСТВА КАМНЯ ПЕРОВСКИТ

Перовскит — минерал; титанат кальция. В значительных скоплениях — руда титана. Некоторые разновидности используются для извлечения редкоземельных элементов. Открыт на Южном Урале, в знаменитой Ахматовской копи близ Златоуста. Впервые описан как «perowskit» немецким геологом Густавом Розе (Gustav Rose) в 1839 году.
Назван в честь российского государственного деятеля, графа Льва Алексеевича Перовского (1792 — 1856). Этот незаурядный человек был страстным любителем и коллекционером минералов. Он также вошел в историю как меценат гранильного и камнерезного искусства: во многом благодаря его покровительству и финансовой поддержке пришедшая было в упадок Петергофская гранильная фабрика к середине XIX века вновь превратилась в процветающее предприятие, а изделия российских мастеров-камнерезов именно в те годы начали завоевывать всемирную славу.
Состав перовскита — CaTiO3. Относится к титанатам — минералам, близким по кристаллической структуре к сложным окислам. Примерно на 60% состоит из двуокиси титана. Часто содержит в составе железо (до 2%), а также хром, алюминий, ниобий, тантал. Наибольший промышленный интерес представляют кнопит и дизаналит — разновидности перовскита, содержащие примеси лантана, церия, неодима и других редкоземельных элементов. В качестве руды ниобия и церия также используется лопарит — минерал из группы перовскита.
Наиболее характерная окраска перовскита: от темно-серой до черной.
Перовскит.
Встречаются желтые, оранжевые и красновато-коричневые кристаллы. Обычно непрозрачен, изредка просвечивающий до прозрачного. Блеск: металлический до алмазного. Кристаллизуется в ромбической сингонии. Спайность несовершенная в трех направлениях (по граням куба). Хрупкий. Твердость: 5,5-6. Средняя плотность: 4,1 г/см3. Черта: бесцветная или желтовато-серая. Растворяется только в кипящей серной кислоте.
Кристаллы обычно имеют форму куба с характерной штриховкой в двух направлениях параллельно ребрам.

Характерны двойниковые сростки. Реже находят октаэдры и кристаллы с более сложной комбинацией граней. Встречаются мелкозернистые массы, образующие в породе линзы и прожилки.
Перовскит — минерал средней распространенности. Может иметь как магматическое, так и метаморфическое происхождение. Встречается в щелочных и ультраосновных породах, пегматитах, базальтах, карбонатитах. Среди сопутствующих минералов: титанит, рутил, гранаты, магнетит, циркон, нефелин, везувиан. В результате химических изменений перовскит нередко покрывается коркой или налетом ильменита, а со временем может нацело замещаться лейкоксеном — желтовато-коричневой смесью вторичных минералов титана, состоящей в основном из анатаза и сфена.
Лучшие по форме кристаллы перовскита размером до 4 см добывают в Ахматовской копи на Южном Урале (где минерал и был впервые обнаружен). В Кугдинском м-нии на севере Красноярского края он встречается совместно с ювелирным оливином (хризолитом). Кристаллы до 2 см в поперечнике недавно обнаружены на Кольском п-ве (м-ние Африканда).
Подобные находки известны в Швейцарских Альпах, Италии (м-ние Валь-Маленко), США (Арканзас, Калифорния), Бразилии (Жакупиранга, шт. Сан-Паулу). Кристаллы размером до 8 см находят в Гренландии (Гардинерс). Перовскит обнаружен в составе некоторых каменных метеоритов.
Перовскит представляет немалый научный интерес. Уникальной особенностью минералов его группы является своеобразное кристаллическая структура.

На ее основе создаются синтетические материалы с идентичной структурой, обладающие пьезо- и сегнетоэлектрическими свойствами. Они находят самое широкое применение. Например, титанат бария, который используется в производстве многослойных керамических конденсаторов с высокой диэлектрической константой, доминирующих в современной электронике.
Кристалл черного перовскита.Перовскит — довольно популярный коллекционный минерал, но он мало пригоден для ювелирной обработки. Наряду с синтетическими гранатами в украшениях используется искусственный иттрий-алюминиевый перовскит (ИАП) — просвечивающий или прозрачный материал зеленого, розового или фиолетового цвета.
Природный титанат кальция можно диагностировать по кубической форме кристаллов, характерной штриховке на гранях. Зернистые разновидности внешне похожи на магнетит, от которого перовскит легко отличим по отсутствию магнитных свойств. От схожих по форме кристаллов граната — по металлическому блеску; от галенита — по меньшему удельному весу и несовершенной спайности.

Перовскит — прорыв в солнечной энергетике

Перовскит в 2013 году заслуженно назван прорывом в солнечной энергетике. Этот минерал стал открытием в мире энерготехнологий, позволяющим создавать эффективные, экономичные и во многом инновационные преобразователи и источники энергии.

Перовскит — прорыв солнечной энергетики

Описание

Перовскит является редким минералом, титанатом кальция с формулой CaTiO3. Иногда кристаллы содержат примеси цезия, натрия, ниобия, железа и др.

Очень интересна кристаллическая структура перовскита с орторомбической сингонией. Выглядит она следующим образом: в центре кубической решётки находится атом кальция, в узлах – атомы титана (8 шт.), а посредине каждого ребра – атом кислорода (всего 12 шт.). В псевдоизометрической системе атомы кислорода оказываются узлами правильного октаэдра, в центре которого находится кальций.

• средняя твёрдость – 5,5-6;
• высокая плотность – 4 г/см3;
• по цвету кристаллы могут быть чёрными, красновато-коричневыми, серовато-чёрными, а в потоке света – светло-серыми с жёлтым, оранжевым или бурым оттенком;
• блеск металлический;
• слабая флуоресценция оранжево-жёлтыми оттенками;
• несовершенная спайность;
• кристаллический диэлектрик.

Выделяют две разновидности минерала:

• кнопит, обогащённый цезием и натрием;
• дизаналит с примесями цезия, железа и ниобия.

Образование, происхождение, месторождения

Образуется перовскит в виде сростков, зернистых тонкокристаллических агрегатов, кубических и октаэдрических кристаллов, почек. Крупных скоплений минерала в природе встречается мало.

Происхождение – контактово-метаморфическое и магматическое. Лучшие образцы кристаллов находят в хлоритовых и тальковых сланцах. Как дополнительный минерал перовскит встречается в магматических породах. Добывают камень в России (на Урале), Австрии, Финляндии, Швейцарии.

История

История перовскита начинается в 1839-м, когда он был обнаружен на Урале немецким учёным Г. Розе. Назван минерал в честь тогдашнего русского министра уделов Перовского. В то время камень имел в исключительно коллекционное значение, сегодня же сфера использования перовскита значительно шире, о чём ниже.

Применение

Из минерала получают титан, ниобий и др. С 2013 бурно стало развиваться направление в энергетике, разрабатывающее солнечные батареи на его основе. Активно проводятся разнообразные исследования.

Так, канадские учёные из Торонто открыли, что если объединить перовскит с квантовыми точками, то получаются эффективные преобразователи электрической энергии в свет, а также фотоэлементы для солнечных батарей. А поскольку сегодня уже научились производить искусственный минерал из дешёвых материалов, то минерал экономически выгоднее использовать в солнечной энергетике, чем кремний.

Также перовскит используется для изготовления деталей в радиоэлектронике. Добавляют минерал в лакокрасочную продукцию для увеличения её стойкости.

Словом, перовскит – камень с огромным потенциалом и перспективами.

Перовскит

Синонимы: Кубическая титановая руда — hexaedrisches Titanerz, метаперовскит — metaperovskite.

Минерал назван по имени министра уделов, вице-президента Российской Академии наук графа Л. А. Перовского.

Английское название минерала Перовскит – Perovskite

Формула

Химический состав

Химический теоретический состав: СаО — 41,24; TiO ₂ — 58,76. Чистый СаTiO ₃ встречается крайне редко. Са частично замещается щелочами; в кнопите содержатся TR и иногда SrO (от 1,17 до 5,46%); Ti замещается на Nb, Та и Fe (дизаналит). В перовските из ультраосновных пород Кольского полуострова содержание Sc (0,003—0,006%) больше, чем в других ассоциирующихся с ним минералах. В составе редких земель резко преобладает Се (—50%), много La (15—25%) и Nd (15—25%), несколько меньше Pr (6—10%); остальные редкоземельные элементы содержатся в значительно меньших количествах. При переходе от более ранних генераций перовскита к более поздним общее содержание TR, как правило, возрастает; при этом их состав несколько изменяется. По Бородину, при увеличении общего содержания TR относительное содержание La падает, содержание Nd и Pr возрастает, а содержание Се практически не меняется. Согласно Кухаренко и др., в перовските из массивов ультраосновных щелочных пород Кольского полуострова содержание Се и La несколько возрастает при переходе от оливинитов к пироксенитам и мельтейгитам, содержание Nd и тяжелых лантанидов иттриевой группы при этом снижается; в перовските метасоматических пород и щелочных пегматитов относительное содержание Се ниже. Спектральным анализом в перовскитах отмечались Ва, Си, Pb, V, Be, Mn, Zr, U, Th.

Разновидности

Кнопит — knopite — отличается повышенным содержанием редких земель. Назван по имени немецкого минералога А. Кнопа.
Связан с перовскитом постепенными переходами; предлагалось к кнопиту относить перовскиты с содержанием не более 94—85% (мол.) СаTiO ₃ . Плотность и показатель преломления, по-видимому, несколько больше, чем у перовскита. Характерны октаэдрические и кубооктаэдрические кристаллы черного и свинцово-серого цвета. Встречается в массивах щелочных основных пород и в карбонатитах.

лит — dysanalite — отличается повышенным содержанием ниобия и железа. Назван от гречеческого “дисаналитос” — трудноразлагаемый.
Четкого разграничения с перовскитом и кнопитом нет. Характерен для карбонатитовых месторождений, связанных с массивами щелочных ультраосновных пород.

Кристаллографическая характеристика

Сингония

Кубическая. Фактически перовскит является псевдокубическим минералом, т. е. внешняя кубическая симметрия его кристаллов не соответствует истинной симметрии кристаллической решетки; кубические кристаллы перовскита состоят из многочисленных пластинчатых индивидов в полисинтетическом двойниковом срастании, вследствие чего и повышается кажущаяся симметрия этого минерала, в действи­тельности относящегося к ромбической сингонии. D 16 _2h — Pcmn; а ₀ = 5,37; b _o = 7,64; c _o = 5,44 А; а ₀ : b _o : c _o = 0,703:1:0,712; Z=4; примитивная псевдокубическая ячейка с а ₀ = 3,82 и Z=1 искажена в плоскости ромбической ячейки.

Кристаллическая структура

В центре кубической эле­ментарной ячейки расположен ион кальция, по углам — ионы титана, а в середине каждой из граней — ион кис­лорода.

Форма нахождения в природе

Облик кристаллов.

Основными формами являются псевдокуб и псевдооктаэдр. Обычны кристаллы кубического и октаэдрического, изредка ромбододекаэдрического облика. Некоторые кристаллы несколько уплощены по псевдокубу или псевдооктаэдру. Кристаллы дизаналита из Сибири вытянуты вдоль одной из осей 4 порядка. Отмечались скелетные образования. Грани куба блестящие, иногда матовые, со сложной скульптурой и штриховкой, иногда переходящей в ступенчатость. Штриховка в двух или трех направлениях под углом около 60 0 наблюдалась также на гранях октаэдра; на этих же гранях отмечались треугольные пластинчатые наросты. При действии HF на гранях куба возникают фигуры травления двух видов: углубления ромбической симметрии, диагонали которых совпадают с диагоналями куба и удлиненные фигуры, вытянутые параллельно ребрам куба.

Кристаллы представляют собой сложные двойники ромбических индивидов, что выявляется при оптическом изучении. Законы двойников 1)поворот на 180 0 вокруг нормали к (101), плоскости срастания (101) (псевдокуб); выявляются в шлифах лишь при вдвигании гипсовой пластинки; 2) поворот на 90° вокруг нормали к (101), плоскости срастания (101); 3) поворот на 180° вокруг нормали к (121), плоскости срастания (121) (псевдододекаэдр). Зерна и мелкие кристаллы перовскита ранних генераций обнаруживают сравнительно простое двойникование, более крупные кристаллы сложно сдвойникованы по различным законам.

Агрегаты. Обычно кристаллы (редко до нескольких сантиметров в поперечнике), более редки зернистые массы.

Физические свойства

Оптические

• Цвет красновато-бурый, оранжево-желтый, бледно-желтый, у TR-и Nb-содержащих разностей черный, серовато-черный.
• Черта белая, у Nb- и TR-содержащих разностей — серая с буроватым оттенком.
• Блеск алмазный до полуметаллического, иногда тусклый.
• Прозрачность. Светлые разности прозрачны, темные просвечивают лишь в тонких осколках.

Механические

• Твердость 5,5. Микротвердость 900— 11000 кГ/мм 2 (нагрузка 100 г)
• Плотность перовскита 3,95—4,04, кнопита 4,11—4,29, дизаналита 4,13—4,31. Плотность возрастает прямолинейно с увеличением содержания TR-элементов и Nb.
• Спайность ясная по псевдокубу, иногда отдельность по (111).
• Излом неровный до неясно раковистого.
• Хрупок (после пребывания в воде хрупкость возрастает).

Химические свойства

Разлагается кипячением с H ₂ SO ₄ и сплавлением с KHSO ₄ . На холоду кислоты действуют слабо, за исключением HF. В полированных шлифах стандартные реактивы травления действия не оказывают. HF через несколько секунд выявляет двойниковое строение.

Прочие свойства

Перовскиту и всем веществам, имеющим ту же структуру, свойственна очень высокая диэлектрическая проницаемость. Является антисегнетоэлектриком. Для искусственного СаТiO ₃ произведен расчет внутренних электрических полей. Парамагнитен. Сильная фосфоресценция наблюдалась у перовскита из Назямских гор (Урал).
В инфракрасном спектре перовскит дает интенсивную широкую полосу поглощения в области 800—500 см -1 с двумя сравнительно слабо обозначенными максимумами около 720 и 570 см -1 и одиночную узкую полосу около 450 см -1 .

Поведение при нагревании. При температурах 200—900° ячейка остается ромбической, но становится более симметричной. СаTiO ₃ плавится конгруэнтно при 1915°.

Искусственное получение минерала

Легко синтезируется различными способами: из расплава, содержащего СаСO ₃ , TiO ₂ и карбонаты щелочей (Эбельман, 1851); сплавлением эквимолекулярных количеств СаСO ₃ и TiO ₂ (Буржуа, 1886; Ивасе, Фукусима, 1932); осаждением из раствора титановой кислоты в
огненножидком Na ₂ CO ₃ с помощью СаСO ₃ (Холмквист, 1897); смешением расплава TiO ₂ + Na ₂ CO ₃ с расплавом СаСO ₃ + Na ₂ CO ₃ при 1400°; из смеси TiO ₂ с СаСO ₃ при высоких температурах. В системе СаО — TiO ₂ — SiO ₂ титанит более устойчив, чем перовскит; последний образуется в смеси с волластонитом при значительном переохлаждении. В системе СаО — TiO ₂ , кроме СаTiO₃, образуется еще ряд соединений, более богатых СаО. Имеются указания на образование твердых растворов СаTiO ₃ , СаО и TiO ₂ .

Диагностические признаки перовскита

Сходные минералы

Характерен кубический или кубооктаэдрический облик кристаллов, штриховатость на гранях, светлая черта. В шлифах типично сложное двойниковое строение, которое в полир, шлифах выявляется травлением HF.

Сопутствующие минералы. Хлорит, тальк, кальцит, лей­цит, мелинит, титаномашетит.

Происхождение и нахождение

Образуется в процессе регионального метаморфизма: по трещинам в виде друз, в толщах хло­ритовых и известковых сланцев, в серпентинитовых комплексах; в изверженных породах основного состава (базальтах); иногда в титан-магнетитовых и хромито­вых месторождениях; как контактово-метаморфический минерал в известково -силикатных породах вместе c различными известковыми силикатами.

Является характерным минералом ультраосновных и щелочных пород, недосыщенных кремнеземом и обогащенных кальцием и титаном. Образуется также в метаморфических породах. Отмечено развитие перовскита по ильмениту, титаномагнетиту, титаниту.
В ультраосновных и щелочных породах широко распространен на Кольском полуострове в массивах Африканда, Лесная Барака, Вуориярви, Салмагорском, Себльяврском, Ковдозерском и др., сложенных породами двух серий: а) оливинитами — пироксенитами — щелочными пироксенитами и б) мельтейгитами — ийолитами — уртитами — нефелиновыми сиенитами. В оливинитах и пироксенитах наряду с титаномагнетитом перовскит слагает основную массу в которой заключены зерна оливина или пироксена. В виде мелких (до 0,5 мм) изометрических зерен обнаруживается в массе титаномагнетита; в пегматоидных участках представлен октаэдрическими кристаллами. Количество перовскита возрастает при переходе от мелилитотах к мелкозернистым и далее к пегматоидным оливицитам и рудным шлирам. В пироксенитах перовскит также концентрируется в более поздних крупнозернистых разностях. Относительно генезиса перовскита в этих породах единого мнения нет. Одни исследователи считают, что кристаллизация перовскита шла в магматическую стадию, другие существенную роль в его образовании отводят метасоматическим процессам, обусловленным действием на ультраосновные породы высокотемпературных щелочных растворов. Для ийолитов и мельтейгитов характерна концентрация перовскита в их пегматоидных разновидностях. Содержание его не превышает 2—3%, он образует вкрапленные зерна и кристаллы в нефелине, ассоциируется с меланитом, титанитом, апатитом, роговой обманкой, ильменитом. Замещается титанитом. В пегматитах щелочной магмы содержание перовскита достигает 30— 40%. Первая генерация минерала представлена в основном зернистыми агрегатами, сцементированными цеолитизированным нефелином и заключающими обособления шорломита и пироксена; изредка наблюдаются октаэдрические кристаллы. Перовскит второй генерации образует крупные (до 1 см) октаэдрические или кубооктаэдрические кристаллы в массе более раннего мелкозернистого перовскита. Иногда октаэдрические кристаллы обнаруживаются на стенках миароловых пустот в сливной титаномагнетитовой руде совместно с кристаллами магнетита, флогопита, бадделеита, ильменита, апатита, сфена, клинохлора, анатаза, кафетита и др. Наиболее поздний перовскит образует оторочки вокруг зерен других минералов. В реакционно-метасоматических породах на контакте пегматитов с пироксенитами и оливинитами перовскит образует вкрапленность во флогопите, амфиболе, вторичном диопсиде и неправильные скопления вместе с флогопитом, хлоритом, титанитом, кальцитом, Ti-везувианом, андрадитом, ортитом, цеолитами и др. В метасоматических мелилитовых породах Кольского полуострова перовскит содержится в виде крупных кубооктаэдрических кристаллов, образующих включения в мелилите, флогопите и нефелине. В кальцито-амфиболо-диопсидовых породах, развившихся по пироксенитам и оливинитам, перовскит является одним из главных породообразующих минералов, выделения его очень разнообразны и принадлежат нескольким генерациям.

Изменение минерала.

Замещается титанитом, ильменитом, лейкоксеном, рутилом, анатазом, магнетитом. Дизаналит из Кайзерштуля частично замещен ближе не определенным черным порошковатым веществом. В зоне гипергенеза устойчив.

Месторождения

В ряде карбонатитовых месторождений, связанных с массивами щелочных ультраосновных пород, обнаружена разновидность перовскита, обогащенная Nb, Fe, Na и TR-элементами,— дизаналит. В Восточной Сибири дизаналит приурочен к ранним крупнокристаллическим кальцитовым карбонатитам, наблюдается главным образом близ их контактов с силикатными породами; тесно ассоциируется с мелкозернистым сахаровидным светло-зеленым апатитом и пироксеном; в апатито-форстерито-магнетитовых породах Вуориярви (Кольский полуостров) — спирохлором, титанитом, уран-пирохлором, бадделиитом; в Салланлатвинском массиве (Северная Карелия) — в доломитовом карбонатите с анкилитом, апатитом, пиритом, магнетитом и пирохлором; в массиве Лесная Барака — в жилах апатито-доломитовых карбонатитов в виде мелкой вкрапленности в доломите и по границам линзовидных скоплений зернистого апатита, содержащих выделения магнетита, пирита, гидратированного флогопита, циркона, натрониобита, пирохлора. Дизаналит встречается также в карбонатитах Кайзерштуля (Баден, Германия) и Магнет-Кова (шт. Арканзас, США). Наблюдался также в турьяитах Турьего мыса (Мурманская область); на Таймыре — в ийолитах и уртитах бассейна реки Хета и в Тулинской интрузии — в кальцитодиопсидовых, гидромелилитовых, пироксеновых и меланито-пироксеновых породах; с шорломитом в породах мельтейгит-ийолитовой серии — в Восточной Сибири; в окерманитсодержащих породах — в Кузнецком Ала-Тау; также в ийолитовых породах Саксонии, в перидотитах Сиракуз (Италия), в Лангезунде (Норвегия) и т. д.

Практическое применение

Может использоваться как сырье на титан (кнопит — также на TR и Nb) и в производстве огнеупоров.

Перовскит

Физические методы исследования

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

В проходящем свете светло-серый, иногда с бурым, красным, желтым или зеленым оттенком. Плеохроизм слабый. Окраска внутренних частей зерен иногда имеет фиолетовый оттенок вследствие присутствия тонкодисперсных включений ильменита или магнетита. Изредка наблюдается зональное или пятнистое распределение окраски. Кристаллы состоят из большого числа двупреломляющих пластинок, образующих сложные полисинтетические двойниковые срастания. Отдельные индивиды иногда имеют клиновидные, веретенообразные, ступенчатые и иные очертания. Особенно сложное двойникование характерно для внутренних частей крупных кристаллов. Наблюдались также узоры прорастания, напоминающие микрографическую структуру или структуру «арабской вязи». Иногда обнаруживается секториальное погасание.
Двуосный (+); иногда изотропен. Плоскость оптических осей параллельна (010); Ng=a, Nm=b, Np=c (в ромбической установке Кэя и Бэйли), n= 2,29—2,38; в массивах Кольского полуострова наиболее высокий показатель преломления имеет перовскит из оливинитов и пироксенитов и особенно вторичный перовскит, содержащий наименьшее количество Nb, TR-элементов и Fe; при переходе к дизаналиту показатель преломления снижается. Двупреломление до 0,017, уменьшается при замещении Са на TR-элементы и Sr. У уральского перовскита, а также у перовскита и кнопита с Кольского полуострова 2V =+(70—88)°, r

Новые сверхпрочные нанокристаллы перовскита

Нанокристаллы перовскита обещают усовершенствовать самые разнообразные оптоэлектронные устройства – от лазеров до светодиодов – но проблемы с их долговечностью по-прежнему ограничивают широкое коммерческое использование материала.

Исследователи из Технологического института Джорджии продемонстрировали новый подход, направленный на решение проблемы долговечности материала: заключить перовскит в двухслойную защитную систему из пластика и диоксида кремния.

Защита для перовскита

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, исследовательская группа описывает многоэтапный процесс получения, заключенных в оболочку, нанокристаллов перовскита, которые проявляют сильную устойчивость к деградации в условиях влажной среды.

«Нанокристаллы перовскита очень чувствительны к деградации, особенно когда они вступают в контакт с водой», – сказал Жицин Лин, профессор Технологической школы материаловедения и инженерии в Джорджии. «Эта система с двумя оболочками предлагает два уровня защиты, позволяя каждому нанокристаллу оставаться отдельным элементом, достигая максимальной площади поверхности и других физических характеристик перовскита, необходимых для оптимизации оптоэлектронных приложений».

Термин перовскит относится к кристаллической структуре материала, которая обычно состоит из трех частей: двух катионов разных размеров и аниона между ними. В течение десятилетий исследователи тестировали замену различных химикатов в структуре для достижения уникальных характеристик. В частности, перовскиты, содержащие галогенидные соединения, такие как бромид и йод, могут действовать как поглотители и излучатели света.

В этом исследовании, которое было поддержано Управлением научных исследований ВВС, Национальным научным фондом, Агентством по уменьшению угрозы обороны и Министерством энергетики, группа Лин работала с одной из наиболее распространенных галогенидных конфигураций, которая образуется из метиламмония, свинца и бромида.

Процесс включает в себя сначала формирование звездчатых пластиковых молекул, которые могли бы служить «нанореакторами», выращивая 21 полимерное плечо на простой молекуле сахара. Затем, как только химические вещества-прекурсоры для нанокристаллов диоксида кремния и перовскита загружаются в пластиковую молекулу, многостадийная химическая реакция окончательно формирует систему.

После того как звездообразный пластик сыграл свою роль в качестве нанореактора, этот компонент остаются постоянно прикрепленным к кремнезему, который заключает в себе перовскит, почти как волосы. Эти волоски служат первым слоем защиты, отталкивая воду и предотвращая слипание нанокристаллов. Последующий слой кремнезема обеспечивает дополнительную защиту в случае попадания воды через водоотталкивающие пластмассовые волосы.

«Синтез и применение нанокристаллов перовскита были быстро развивающейся областью исследований в течение последних пяти лет», – сказал Янцзе Хе, соавтор статьи и аспирант Технологического института Джорджии. «Наша стратегия, основанная на разумно спроектированном звездообразном пластике в качестве нанореактора, обеспечивает беспрецедентный контроль при изготовлении высококачественных нанокристаллов перовскита со сложной архитектурой, что недоступно в традиционных подходах».

Чтобы проверить материал, исследователи покрыли стеклянные подложки тонкой пленкой инкапсулированных перовскитов и провели несколько стресс-тестов, включая погружение всего образца в деионизированную воду. Освещая образец ультрафиолетовым светом, они обнаружили, что фотолюминесцентные свойства перовскитов не снижались в течение 30-минутного теста. Для сравнения, исследователи также погружали некапсулированные перовскиты в воду и наблюдали, как их фотолюминесценция исчезла в считанные секунды.
Лин сказал, что новый метод открывает возможность настройки характеристик поверхности нанокристалла с двойной оболочкой для повышения его производительности в более широком диапазоне применений.

Процесс изготовления новых нанокристаллов перовскита из звездообразного пластика также уникален тем, что в нем используются растворители с низкой температурой кипения и низкой токсичностью. Будущие исследования могут быть сосредоточены на разработке различных нанокристаллических перовскитовых систем, в том числе неорганических перовскитов, двойных перовскитов и легированных перовскитов.

«Мы предполагаем, что этот тип нанокристаллов перовскита окажется очень полезным для создания долговечных оптоэлектронных устройств для биовизуализации, биосенсоров, фотонных датчиков и обнаружения излучения, а также светодиодов, лазеров и сцинтилляторов следующего поколения», – сказал Лин. «Это связано с тем, что эти волосистые нанокристаллы перовскита обладают уникальными преимуществами, включая высокую устойчивость к дефектам, более узкие полосы излучения и высокую эффективность сцинтилляции».опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Солнечные ячейки на основе перовскитов

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 15.02.2015 2015-02-15

Статья просмотрена: 4412 раз

Библиографическое описание:

Шамин А. А., Ракша С. В., Кондрашин В. И., Печерская Р. М. Солнечные ячейки на основе перовскитов // Молодой ученый. — 2015. — №4. — С. 286-289. — URL https://moluch.ru/archive/84/15652/ (дата обращения: 20.12.2019).

В 2009 году была открыта способность перовскитов преобразовывать энергию солнечного света в постоянный электрический ток [1]. С тех пор ведется большое количество исследований в этом направлении, что уже привело к тому, что за прошедшие с того момента пять лет эффективность солнечных батарей на основе перовскитов выросла с 3 % до 19, 3 % и продолжает расти [2].

Солнечные элементы данного типа имеют кристаллическую структуру, схожую с кристаллической решеткой перовскита минерала титаната кальция CaTiO₃, откуда и происходит их название. Типичная формула перовскита, используемого в солнечной энергетике, CH₃NH₃PbX₃, где CH₃NH₃ — ион метиламмония, Pb — свинец, а X — ион из числа галогенов (может быть как I, Br, так и Cl). Кристаллическая решетка такого перовскита изображения на рисунке 1. Атомы метиламмония расположены в узлах слабо искаженной кубической решетки. В центрах псевдокубов располагаются атомы свинца (в ряде случаев это может быть и олово). Атомы галогенов образуются вокруг атомов свинца практически правильные октаэдры, которые немного развернуты и наклонены относительно идеальных положений.

Рис. 1. Кристаллическая структура соединений перовскитов

Главным преимуществом перовскитов является то, что они могут быть изготовлены из обычных металлов и промышленных химических веществ, а не из дорогих исходных металлов, используемых в других заменителях солнечных ячеек на основе кремния. Кроме того, нанесение фоточувствительных элементов на основе перовскитов непосредственно на стекло (или другие материалы) гораздо дешевле способов получения тонкопленочных элементов [3]. Это позволяет наладить большое серийное производство, не требующее огромных затрат ресурсов. Также перовскиты могут быть нанесены на гибкие структуры, такие как пластик и ткань, что открывает большие возможности для их применения. Еще одним важным достоинством перовскитов является их стабильность. Даже в условиях непрерывного освещения преобразование тока уменьшается всего на 10 % от первоначального [4]. Специалисты предполагают, что в ближайшие десять лет эффективность солнечных батарей на основе перовскитов достигнет 50 % [5]. К недостаткам можно отнести то, что полученные солнечные ячейки на данный момент имеют ограниченный срок жизни, равный полгода.

Существует три типа солнечных батарей на основе перовскита, схематично они изображены на рисунке 2.

Рис. 2. Три типа строения солнечных ячеек на основе перовскита

В первом случае (рисунок 2.а) в качестве дополнительного электрода используется мезопористый оксид титана. Такая конструкция позволяет добиться высокой скорости преобразования солнечной энергии в постоянный электрический ток [6].

Однако, заполнение такого рода мезопористых структур перовскитом чрезвычайно сложно, и вследствие этого дорого. Согласно второму варианту (рисунок 2.б) в качестве пористой структуры используются нанотрубки (материал ZnO или TiO₂). Благодаря их вертикальному расположению скорость транспортировки и рекомбинации электронов будет больше, чем в предыдущем случае. А это в свою очередь позволяет уменьшить размеры пластин при той же эффективности. При равной площади эффективность различается более, чем на 5 % [7]. Тем не менее, солнечные батареи на основе перовскитов способны давать неплохие показатели эффективности, даже когда представляют собой обычную планарную структуру (рисунок 2.в). Даже более того, ввиду своей дешевизны относительно двух предыдущих вариантов, именно они представляют основной исследовательский интерес.

Далее рассмотрим транспортный узел, так называемый HTM — hole transport material (дословный перевод — материал, служащий основой для переноса дырок). Известно, что перовскиты обладают высокой проводимостью около 10– 3 См . см -3 , которая требует толстый слой HTM, чтобы избежать сквозных отверстий. Например, широко используемый в качестве слоя HTM материал spiro-OMeTAD имеет меньшую проводимость, приблизительно 10– 5 См . см -3 , что позволяет достичь больших значений сопротивления. Таким образом, HTM играет огромную роль в работе всего солнечного элемента на основе перовскита.

Существует большое количество материалов, которые могут использоваться в качестве слоя HTM. Рассмотрим каждый из них по отдельности. Самым популярным является уже упомянутый выше представитель органических полимеров spiro-OMeTAD с формулой C₈₁H₆₈N₄O_8. Кроме того, повысить эффективность преобразования солнечной энергии с использованием spiro-OMeTAD можно с помощью легирования последнего p-допантом, например, протонными ионными жидкостями (PILs). Также в качестве транспортного слоя свое применение находят следующие органические полимеры: P3HT и DEH. Судя по результатам, при использовании данных полимеров эффективность процесса рекомбинации возрастает в 10 раз для случая с DEH и в 100 раз для P3HT.

Однако серийное производство spiro-OMeTAD, P3HT, DEH осложнено высокой стоимостью их получения, поэтому сейчас активно ведутся работы по созданию неорганических HTM. На эту роль претендуют полупроводники p-типа, такие как NiO, CuCsN, CuI, CsSnI₃и другие. Они имеют хорошую оптическую прозрачность, исключают возможность утечки электронов, имеют соответствующие энергетические уровни, а также поддерживают высокое качество и достаточную толщину пленки перовскита [8].

В качестве электрода используется оксид индия олова (ITO), прозрачный для видимого света. Однако сейчас ведутся активные работы по поиску альтернатив ITO, поскольку индий является достаточно редким элементом, и соответственно цена на оксид очень высока. К тому же полученные пленки являются очень хрупкими. В качестве альтернативы может применяться олово, легированное фтором (FTO)

Compact TiO₂ (пористый диоксид титана) используется в качестве электрода, повышающего эффективность процесса поглощения.

Каждый из слоев (за исключением слоя перовскита) наносится последовательно золь-гель методом. Его основное преимущество перед остальным и методами (спрей-пиролиз, осаждение из газовой фазы, магнетронное распыление и др.) в том, что полученный золь можно наносить на практически любой сложности формы, легче контролировать уровень легирования, а также он не требует сложного оборудования.

1) Получение ITO: подложка опускается в раствор золя. Раствор получается смешением двух компонент. Первая — трихлорид индия (InCl₃), растворенный в ацетилацетоне(CHCOCH₃), вторая — хлорид олова(SnCl₂2H₂O), растворенный в этаноле(C₂H₅OH). Оба раствора смешиваются при температуре 83 градуса Цельсия. В конечный раствор опускают подложки и начинают доставать их оттуда со скоростью 8 см в минуту. Затем производится сушка в течение 30 минут при температуре 150 градусов, а затем отжиг в течения 30–60 минут в обычной печи при температуре 500 градусов.

2) Получение TiO₂: смешиваются тетрабутилтитанат ((C₄H₉O)₄Ti), обезвоженный этанол (обычный этанол) (C₂H₅OH), деоионизированная вода (H₂O_деион.), ацетилацетон(CHCOCH₃) и уксусная кислота(C₂H₄O₂) в молярной пропорции 1:30:3:1:2. На первом этапе тетрабутилтитанат растворяется в ½ части этанола, содержащего ацетилацетон. Затем туда добавляют уксусную кислоту. После чего раствор герметизируют и мешают в течение 30 минут. Во время второго этапа в полученный раствор добавляют воду и оставшуюся половину ½ этанола. Конечный раствор мешают в течение двух часов. После чего раствор оставляют на трое суток. Спустя 72 часа подложки начинают опускать в раствор (скорость осаждения 0–12 дюймов в минуту), после чего подложки выдерживают 1 час при температуре 100 гардусов, а затем отжигают в печи при температурах от 300 до 900 градусов [9].

3) Получение CH3NH3PbX₃. Интересный способ получения слоя перовскита предложили инженеры Массачусетского Университета. В качестве источника свинца используются старые аккумуляторы, в которых на аноде скапливается свинец, а на катоде диоксид свинца. После очищения электродов порошок диоксида свинца отправляют в печь на 5 часов при температуре 600 градусов, чтобы получить оксид свинца. Затем свинец растворяют в азотной кислоте (HNO₃), а оксид свинца — в уксусной(C₂H₄O₂). После полного растворения в оба раствора добавляют раствор йодида калия, после чего раствор приобретает ярко-желтый цвет. Затем наносится на подложку, используя центрифугу [10].

4) Получение NiO: Растворяется 0.5 М тетрагидрата диацетата никеля (C₄H₁₄NiO₈) в 50 мл этанола(C₂H₅OH) и 0.5 мл соляной кислоты(HCl). Получившийся раствор выдерживают при температуре 60 градусов в течение одного часа и затем охлаждают до комнатной температуры. Затем 10 раз опускают подложки в конечный золь, после чего отжигают в течение 90 минут при температуре 300 градусов.

В результате проведенной работы были рассмотрены солнечные ячейки на основе перовскитов. Как выяснилось, данный тип солнечных ячеек является наиболее перспективным сейчас. Во многом это связано с простой получения и нанесения пленок, составляющих структуру ячейки. Также было высказано предположение, что, используя золь-гель метод, можно сделать процесс получения фоточувствительных элементов данного типа еще дешевле.

1. Kojima A1, Teshima K, Shirai Y, Miyasaka T., Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells, — 2009

2. Компания «ScienceAAAS» [электронный ресурс]. — Режима доступа: https://clck.ru/9RU7c, свободный

3. Компания «TheWallStreetJournal» [электронный ресурс]. — Режима доступа: https://clck.ru/9RU7t, свободный

4. Компания «Phys.org» [электронный ресурс]. — Режима доступа: https://clck.ru/9RU87, свободный

5. Компания «TheGuardian» [электронный ресурс]. — Режима доступа: https://clck.ru/9RU8H, свободный

6. S. D. Stranks, G. E. Eperon, G. Granchini, C. Menelaou., Electron-hole diffusion lengths exceeding 1 micrometer in an organometal trihalide perovskite absorber, — Science, 2013 — p.341

7. J. H. Qiu, Y. C. Qiu, K. Y. Yan., All-solid-state hybrid solar cells based on a new organmetal halide perovskite sensitizer, — Nanoscale, 2013

8. Zonglong Zhu, Yang Bai, Teng Zhang., High-performance hole-extraction of sol-gel-processed NiO nanocrystals for inverted planar perovskite solar cells, — Angewandte Chemie, 2014

9. Xiaodong Wang, Guangming Wu, Bin Zhou., Optical constants of crystallized TiO2 coatings prepared sol-gel process, — Materials, 2013

10. Jifa Qi, Matthew Klug, Xiangnan Dang, Recycling old batteries into solar cells, — MIT, 2014.

Перовскит может произвести революцию в альтернативной энергетике

Развитие солнечной энергетики серьезно тормозится достаточно дорогими солнечными панелями, для производства которых используется кремний. Конструкторы уже долгое время пытаются заменить кремний более дешевым аналогом, и, кажется, такой материал найден. Новый материал, все свойства которого в данном аспекте еще до конца не изучены, позволяет получить такое же количество энергии, как и в случае с традиционными панелями.

Благодаря использованию нового открытия, стоимость генерируемой электроэнергии снизится до 10-20 центов за ватт, тогда как кремневые панели имеют показатель 75 центов. Напомним, что согласно подсчетам министерства энергетики США, стоимость ниже 50 центов за ватт позволит рассматривать альтернативные источники энергии в качестве серьезных конкурентов традиционным видам топлива.

Можно сказать, что использование минерала перовскита (титанат кальция) для создания солнечных элементов стало настоящим счастливым случаем для альтернативной энергетики. Этот материал прекрасно поглощает свет, причем толщина его светопоглощающего слоя перовскита составляет 1 мкм, тогда как у кремния этот показатель составляет 180 мкм. Тем не менее, минерал способен поглощать такое же количество энергии на единицу площади, что и кремний, а его светочувствительный слой является полупроводником, а это очень важно для последующей транспортировки электрического заряда.

Один из известнейших популяризаторов и изобретателей в области солнечной энергетики Майкл Гретзел сообщил о том, что новый материал очень дешев в применении, а созданные на основе перовскита панели способны преобразовывать до 15% солнечной энергии, что гораздо больше, чем у других панелей в данной ценовой категории. Впрочем, 15% далеко не предел для этого материала, и уже сегодня ведутся работы для повышения КПД панелей с перовскитом до 20-25%. Напомним, что четыре года назад, когда перовскит был впервые использован для создания солнечных батарей, ученым удалось достичь эффективности всего в 3,5%. С тех пор изменилась технология создания панелей и вместо жидкого электролита теперь используются твердые материалы, которые не растворяют перовскит и позволяют ему проявить свои «чудесные» свойства.

Новые панели получают путем распределения пигмента по листу стекла или фольги. Пигмент смешивается с другими материалами, назначение которых состоит в облегчении передвижения электронов, причем производство настолько простое, что массовое производство подобных панелей может быть налажено в самые короткие сроки. Кроме того, перовскит может использоваться и в комбинации с кремнием, что позволит еще больше увеличить эффективность панели и в то же время снизить ее стоимость. Одним из недостатков применения нового материала является наличие в нем небольшого количества токсичного свинца. Если свинец можно будет заменить оловом или другим нетоксичным материалом или же наладить процесс переработки этого металла, то перовскит может стать основным материалом для производства солнечных батарей, обеспечив им доминирование на рынке электроэнергии в будущем.

Возможность получить сегодня качественные услуги бухгалтера Киев предоставляет каждому желающем. Причем, бухгалтерский аутсорсинг обходится куда выгоднее, нежели иметь своего собственного. Да и времени это также экономит много.