Перовскит (произношение: / p ə ˈ r ɒ v s k aɪ t / ) представляет собой минерал оксида кальция и титана, состоящий из титаната кальция (химическая формула Ca Ti O 3 ). Его название также применяется к классу соединений, которые имеют тот же тип кристаллической структуры , что и CaTiO 3 , известную как структура перовскита , которая имеет общую химическую формулу A 2+ B 4+ (X 2- ) 3 . [6] В эту структуру можно внедрить множество различных катионов , что позволяет разрабатывать разнообразные инженерные материалы. [7]
Минерал был открыт в Уральских горах России Густавом Розе в 1839 году и назван в честь русского минералога Льва Перовского (1792–1856). [3] Примечательная кристаллическая структура перовскита была впервые описана Виктором Гольдшмидтом в 1926 году в его работе о факторах толерантности. [8] Кристаллическая структура была позже опубликована в 1945 году на основе данных дифракции рентгеновских лучей на титанате бария Хелен Дик Мего . [9]
Перовскит, обнаруженный в мантии Земли , встречается в Хибинском массиве ограничено недонасыщенными кремнеземом ультраосновными породами и фоидолитами из-за нестабильности в парагенезисе с полевым шпатом . Перовскит встречается в виде мелких кристаллов от ангедральной до субэдрической формы, заполняющих пустоты между породообразующими силикатами. [10]
Перовскит встречается в контактных карбонатных скарнах в Магнет-Коув , штат Арканзас , в измененных глыбах известняка , выброшенных из вулкана Везувий , в хлоритовых и тальковых сланцах на Урале и в Швейцарии [11] , а также как акцессорный минерал в щелочных и основных магматических породах — нефелин. сиениты , мелилититы, кимберлиты и редкие карбонатиты . Перовскит — распространенный минерал во включениях, богатых Ca-Al, обнаруженных в некоторых хондритических метеоритах . [4]
Устойчивость перовскита в магматических породах ограничена его реакционной связью со сфеном . В вулканических породах перовскит и сфен вместе не встречаются, за исключением этиндита из Камеруна . [12]
Редкоземельная разновидность кнопита с химической формулой ( Ca,Ce,Na)(Ti,Fe)O 3 встречается в щелочных интрузивных породах Кольского полуострова и вблизи Альнё , Швеция . Ниобийсодержащая разновидность дианалита встречается в карбонатитах недалеко от Шелингена , Кайзерштуль , Германия . [11] [13]
У звезд и коричневых карликов образование зерен перовскита ответственно за обеднение оксида титана в фотосфере . Звезды с низкой температурой имеют в своем спектре доминирующие полосы TiO ; по мере снижения температуры у звезд и коричневых карликов с еще меньшей массой образуется CaTiO 3 , а при температурах ниже 2000 К TiO не обнаруживается. Присутствие TiO используется для определения перехода между холодными звездами M-карликов и более холодными L-карликами . [14] [15]
_crystallographic_standard_alignment.png/1280px-Perovskite_crystal_structure_(Yamanaka-Hirai-Komatsu_2002)_crystallographic_standard_alignment.png)
Одноименный перовскит CaTiO 3 кристаллизуется в пространственной группе Pbnm (№ 62) с периодами решетки a = 5,39 Å , b = 5,45 Å и c = 7,65 Å. [16]
Перовскиты имеют почти кубическую структуру с общей формулой ABO 3 . В этой структуре ион А-позиции в центре решетки обычно представляет собой щелочноземельный или редкоземельный элемент . Ионы B-позиции в углах решетки представляют собой элементы переходных металлов 3d, 4d и 5d . Катионы A-сайта координируются с анионами в 12-кратной степени, а катионы B-сайта - в 6-кратной координации. Большое количество металлических элементов стабильно в структуре перовскита, если коэффициент допуска Гольдшмидта t находится в диапазоне от 0,75 до 1,0. [17]
где R A , RB и RO — ионные радиусы элементов позиций A и B и кислорода соответственно . Стабильность перовскитов можно охарактеризовать толерантностью и октаэдрическими факторами. Когда условия не выполняются, предпочтительна слоистая геометрия для октаэдров с общими ребрами или гранями или координации нижнего B-узла. Это хорошие структурные границы, но не эмпирический прогноз. [18]
Перовскиты имеют блеск от субметаллического до металлического , бесцветную полосу и кубическую структуру, а также несовершенную спайность и хрупкую прочность. Цвета включают черный, коричневый, серый, от оранжевого до желтого. Кристаллы перовскита могут иметь кубическую кристаллическую форму, но часто они псевдокубические и на самом деле кристаллизуются в ромбической системе, как в случае CaTiO 3 ( титанат стронция с более крупным катионом стронция в А-позиции является кубическим). Кристаллы перовскита ошибочно принимали за галенит ; однако галенит имеет лучший металлический блеск, большую плотность, идеальную спайность и настоящую кубическую симметрию. [19]
Двойной перовскит имеет формулу A'A"B'B"O 6 и заменяет половину позиций B на B ' , где A — щелочные или редкоземельные металлы, а B — переходные металлы. Расположение катионов будет различаться в зависимости от заряда, геометрии координации и соотношения между радиусами катионов A и катионов B. Катионы B и B ' приводят к различным схемам упорядочения. Эти схемы упорядочения представляют собой каменную соль, столбчатую и слоистую структуры. [20] Каменная соль представляет собой чередующуюся трехмерную шахматную доску из многогранников B и B'. Эта структура является наиболее распространенной с электростатической точки зрения, поскольку сайты B будут иметь разные валентные состояния. Столбчатое расположение можно рассматривать как листы многогранников B-катионов, если смотреть с направления [111]. Слоистые структуры рассматриваются как листы многогранников B ' и B.
3D-перовскиты образуются, когда в позиции A имеется катион меньшего размера, поэтому октаэдры BX 6 могут иметь общие углы. 2D-перовскиты образуются, когда катион A-позиции больше, поэтому образуются листы октаэдров. В 1D-перовскитах образуется цепочка октаэдров [21] , а в 0D-перовскитах отдельные октаэдры отделены друг от друга. Как 1D, так и 0D перовскиты приводят к квантовому ограничению [22] и исследуются на бессвинцовых перовскитных материалах солнечных элементов. [23]
СМИ, связанные с перовскитом, на Викискладе?