Муассанит
| Муассанит | |
|---|---|
 | |
| Общий | |
| Категория | Минеральные породы |
| Формула (повторяющаяся единица) | Карбид кремния |
| Имеет символ IMA. | Мой [1] |
| Классификация Штрунца | 1.DA.05 |
| Кристаллическая система | Политип 6Н, наиболее распространенный: шестиугольный. |
| Кристаллический класс | Политип 6Н: дигексагонально-пирамидальный (6 мм). Символ HM : (6 мм) |
| Космическая группа | Политип 6Н: Р6 3 мк |
| Идентификация | |
| Цвет | Бесцветный, зеленый, желтый |
| Кристальная привычка | Обычно встречается в виде включений в других минералах. |
| Расщепление | (0001) неясно |
| Перелом | Раковистый - изломы, возникающие в хрупких материалах с плавно изогнутыми поверхностями, например, в кварце. |
| шкала Мооса твердость | ~9.5 |
| Блеск | Адамантиновый до металлического |
| Полоса | Зеленовато-серый |
| прозрачность | Прозрачный |
| Удельный вес | 3.218–3.22 |
| Показатель преломления | п ω = 2,654 п ε = 2,967 |
| Двойное лучепреломление | 0,313 (форма 6H) |
| Дисперсия | 0.104 |
| Ультрафиолетовая флуоресценция | Оранжево-красный |
| Температура плавления | 2730 °С (разлагается) |
| Растворимость | Никто |
| Другие характеристики | Не радиоактивный, диамагнитный |
| Ссылки | [2] [3] [4] |
Муассанит ( / ˈ m ɔɪ s ə ˌ n aɪ t / ) [5] природного происхождения Карбид кремния и его различные кристаллические полиморфные модификации . Он имеет химическую формулу SiC и является редким минералом , открытым французским химиком Анри Муассаном в 1893 году. Карбид кремния или муассанит полезен для коммерческого и промышленного применения благодаря своей твердости , оптическим свойствам и теплопроводности .
Фон
[ редактировать ]Минерал муассанит был открыт Анри Муассаном при исследовании образцов горных пород из метеоритного кратера, расположенного в каньоне Диабло , штат Аризона , в 1893 году. Сначала он ошибочно идентифицировал кристаллы как алмазы , но в 1904 году идентифицировал кристаллы как карбид кремния. [6] [7] Искусственный карбид кремния был синтезирован в лаборатории Эдвардом Г. Ачесоном в 1891 году, всего за два года до открытия Муассан. [8]
Минеральная форма карбида кремния позже была названа в честь Муасана.
Геологическое явление
[ редактировать ]В природном виде муассанит встречается очень редко. До 1950-х годов не было другого источника муассанита, кроме как в виде досолнечных зерен в углистых хондритовых метеоритах. [9] были встречены. Затем, в 1958 году, муассанит был обнаружен в верхней мантии формации Грин-Ривер в Вайоминге , а в следующем году — в виде включений в ультраосновном кимберлите алмазного рудника в Якутии на Дальнем Востоке России. [10] Однако существование муассанита в природе было подвергнуто сомнению еще в 1986 году американским геологом Чарльзом Мильтоном. [11]
Открытия показывают, что он встречается в природе в виде включений в алмазах, ксенолитах и других ультраосновных породах, таких как лампроит . [12]
Метеориты
[ редактировать ]Анализ зерен карбида кремния, обнаруженных в метеорите Мерчисон, выявил аномальные изотопные соотношения углерода и кремния, указывающие на внеземное происхождение из-за пределов Солнечной системы . [13] 99% этих зерен карбида кремния возникают вокруг богатых углеродом звезд асимптотической ветви гигантов . Карбид кремния обычно встречается вокруг этих звезд, о чем свидетельствуют их инфракрасные спектры . [14] Открытие карбида кремния в метеорите Каньон Диабло и других местах было отложено на долгое время, поскольку загрязнение карборундом (SiC) произошло от искусственных абразивных инструментов . [12]
Физические свойства
[ редактировать ]Кристаллическая структура скреплена прочной ковалентной связью , подобно алмазам. [6] что позволяет муассаниту выдерживать высокое давление до 52,1 гигапаскаля . [6] [15] Цвета широко варьируются и оцениваются от D до K по шкале оценки цвета бриллианта . [16]
Источники
[ редактировать ]Сегодня во всех применениях карбида кремния используется синтетический материал , поскольку природный материал очень редок.
Идея о том, что связь кремний-углерод действительно может существовать в природе, была впервые предложена шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом еще в 1824 году (Berzelius 1824). [17] В 1891 году Эдвард Гудрич Ачесон добыл жизнеспособные минералы, которые могли заменить алмаз в качестве абразивного и режущего материала. [18] Это было возможно, поскольку муассанит — одно из самых твердых известных веществ, его твердость чуть ниже твердости алмаза и сравнима с твердостью кубического нитрида бора и бора . Чистый синтетический муассанит также может быть изготовлен путем термического разложения прекерамического полимера поли(метилсилина) , не требующего связующей матрицы, например, порошка металлического кобальта.
Монокристаллический карбид кремния в определенных формах использовался для изготовления высокопроизводительных полупроводниковых приборов. Поскольку природные источники карбида кремния редки, и только определенное расположение атомов полезно для геммологических применений, компания Cree Research, Inc. , базирующаяся в Северной Каролине, основанная в 1987 году, разработала коммерческий процесс производства крупных монокристаллов карбида кремния. Cree является мировым лидером в производстве монокристаллического карбида кремния, в основном для использования в электронике. [19]
В 1995 году компания C3 Inc., возглавляемая Чарльзом Эриком Хантером, основала Charles & Colvard для продвижения муассанита ювелирного качества. Charles & Colvard была первой компанией, которая производила и продавала синтетический муассанит по патенту США US5723391 A, впервые зарегистрированному компанией C3 Inc. в Северной Каролине. [20]
Приложения
[ редактировать ]
Муассанит появился на ювелирном рынке в качестве альтернативы алмазам в 1998 году после того, как компания Charles & Colvard (ранее известная как C3 Inc.) получила патенты на создание и продажу выращенных в лаборатории драгоценных камней из карбида кремния, став первой фирмой, сделавшей это. К 2018 году срок действия всех патентов на оригинальный процесс во всем мире истек. [21] [22] [23] Charles & Colvard в настоящее время производит и распространяет украшения из муассанита и драгоценные камни под торговыми марками Forever One , Forever Brilliant и Forever Classic . [24] Другие производители продают драгоценные камни из карбида кремния под торговыми марками, такими как Amora .
По шкале твердости минерала Мооса (верхний предел — 10 — алмаз) муассанит оценивается как 9,25. [4] В качестве альтернативы алмазу муассанит имеет некоторые оптические свойства, превосходящие свойства алмаза. Он позиционируется как более дешевая альтернатива алмазам, которая не требует дорогостоящих методов добычи, используемых для добычи природных алмазов. Поскольку некоторые из его свойств очень похожи на алмаз, муассанит может использоваться в качестве подделки алмаза. В частности, испытательное оборудование, основанное на измерении теплопроводности, может давать результаты, аналогичные алмазу. В отличие от алмаза, муассанит обладает термохромизмом : постепенное нагревание приводит к временному изменению цвета, начиная с температуры около 65 °C (150 °F). Более практичным тестом является измерение электропроводности , которое покажет более высокие значения для муассанита. Муассанит обладает двойным лучепреломлением (т. е. свет, проходящий через материал, разделяется на отдельные лучи, которые зависят от поляризации источника), что можно легко увидеть, а алмаз — нет. [25]
Благодаря своей твердости его можно использовать в экспериментах под высоким давлением в качестве замены алмаза (см. Ячейку с алмазной наковальней ). [6] Поскольку крупные алмазы обычно слишком дороги для использования в качестве наковальни, в экспериментах большого объема чаще используют муассанит. Синтетический муассанит также интересен для электронных и термических применений, поскольку его теплопроводность аналогична теплопроводности алмазов. [15] Ожидается, что мощные электронные устройства из карбида кремния найдут применение при разработке схем защиты, используемых для двигателей, приводов , а также систем хранения энергии или импульсных систем питания. [26] Он также проявляет термолюминесценцию , [27] что делает его полезным в радиационной дозиметрии . [28]
См. также
[ редактировать ]- Чарльз и Колвард
- Кубический цирконий
- Алмаз
- Обручальное кольцо
- Честная торговля
- Глоссарий метеоритики
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уорр, Л.Н. (2021). «Утвержденные IMA–CNMNC символы минералов» . Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021MinM...85..291W . дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616 .
- ^ Муассанит . Вебминерал
- ^ Муассанит . Миндат
- ^ Перейти обратно: а б Энтони, Джон В.; Бидо, Ричард А.; Блад, Кеннет В. и Николс, Монте К. (ред.) «Муассанит» . Архивировано 3 марта 2016 г. в Wayback Machine . Справочник по минералогии . Минералогическое общество Америки
- ^ «Муассанит» . Оксфордский словарь английского языка (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета . (Требуется подписка или членство участвующей организации .)
- ^ Перейти обратно: а б с д Сюй Дж. и Мао Х. (2000). «Муассанит: окно для экспериментов под высоким давлением». Наука . 290 (5492): 783–787. Бибкод : 2000Sci...290..783X . дои : 10.1126/science.290.5492.783 . ПМИД 11052937 .
- ^ Муассан, Анри (1904). «Новые исследования метеорита Каньон-Диабло» . Отчеты . 139 :773–786.
- ^ Смит, Кэди. «История и применение карбида кремния» . Муассанит и Ко . Проверено 2 февраля 2016 г.
- ^ Ёкояма, Т.; Рай, В.К.; Александр, CM O'D.; Льюис, РС; Карлсон, RW; Ширей, СБ; Тименс, Миннесота; Уокер, Р.Дж. (март 2007 г.). «Нуклеосинтетические изотопные аномалии Os в углеродистых хондритах» (PDF) . 38-я конференция по науке о Луне и планетах (1338 г.): 1151. Бибкод : 2007LPI....38.1151Y .
- ^ Бауэр, Дж.; Фиала, Дж.; Гржихова, Р. (1963). «Природный α-карбид кремния» . Американский минералог . 48 : 620–634.
- ^ Белкин, Х.П.; Дворник, Э.Дж. (1994). «Мемориал Чарльза Мильтона 25 апреля 1896 г. - октябрь 1990 г.» (PDF) . Американский минералог . 79 : 190–192.
- ^ Перейти обратно: а б Ди Пьерро С.; Гнос Э.; Гробети Б.Х.; Армбрустер Т.; и др. (2003). «Породообразующий муассанит (природный α-карбид кремния)» . Американский минералог . 88 (11–12): 1817–1821. Бибкод : 2003AmMin..88.1817D . дои : 10.2138/am-2003-11-1223 . S2CID 128600868 .
- ^ Келли, Джим. Астрофизическая природа карбида кремния . chem.ucl.ac.uk
- ^ Грин, Дэйв. « Пройдёт ли муассанит проверку на алмазы? | Лучшие варианты испытаний ». Проверено 21 сентября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чжан Дж.; Ван Л.; Вайднер диджей; Учида Т.; и др. (2002). «Сила муассанита» (PDF) . Американский минералог . 87 (7): 1005–1008. Бибкод : 2002AmMin..87.1005Z . дои : 10.2138/am-2002-0725 . S2CID 35234290 .
- ^ Прочтите П. (2005). Геммология . Массачусетс: Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-6449-3 .
- ^ «Карбид кремния – старше звезд» .
- ^ «Карбид кремния | химическое соединение» .
- ^ «История Муассанита» .
- ^ «Драгоценные камни карбид кремния» .
- ^ Патент США 5762896 , Хантер, Чарльз Эрик и Вербист, Дирк, «Твердость монокристаллических драгоценных камней, показатель преломления, полировка и кристаллизация».
- ^ Срок годности США 5723391 , Хантер, Чарльз Эрик и Вербист, Дирк, «Драгоценные камни из карбида кремния».
- ^ «Ограничения на патенты на муассаниты в зависимости от страны и года истечения срока действия» . Лучше, чем Даймонд .
- ^ «Муассанитские права» . Журнал «Профессиональный ювелир» . Май 1998 г. Архивировано из оригинала 23 января 2023 г. . Проверено 24 октября 2012 г.
- ^ «Сравнительная таблица двойников бриллиантов» . сайт gemsociety.org . Международное общество драгоценных камней.
- ^ Бхатнагар, М.; Балига, Би Джей (1993). «Сравнение 6H-SiC, 3C-SiC и Si для силовых устройств». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 40 (3): 645–655. Бибкод : 1993ITED...40..645B . дои : 10.1109/16.199372 .
- ^ Годфри-Смит, DI (1 августа 2006 г.). «Применимость муассанита, монокристаллической формы карбида кремния, для ретроспективной и судебно-медицинской дозиметрии» . Измерения радиации . 41 (7): 976–981. Бибкод : 2006РадМ...41..976Г . дои : 10.1016/j.radmeas.2006.05.025 . Архивировано из оригинала 26 июля 2020 года . Проверено 23 декабря 2017 г.
- ^ Бруззия, М.; Наваб, Ф.; Пиниак, С.; Руссок, С. (12 декабря 2001 г.). «Высококачественное применение SiC в радиационной дозиметрии». Прикладная наука о поверхности . 184 (1–4): 425–430. Бибкод : 2001ApSS..184..425B . дои : 10.1016/S0169-4332(01)00528-1 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с муассанитом, на Викискладе?
