Рост, структура и свойства смешанных кристаллов K2NixCo(1-x)(SO4)2·6H2O и оптические элементы на их основе

Разработаны методы выращивания кристаллов K2NixCo(1-x)(SO4)2*6H2O (KCNSH) высокого оптического качества и созданы на их основе оптические фильтры УФ-С диапазона. Определена совместная растворимость солей K2Co(SO4)2*6H2O (KCSH) и K2Ni(SO4)2*6H2O (KNSH) в воде в интервале температур 20 – 60 °С и получены политермы растворимости для пяти составов раствора с различным соотношением [KCSH]:[KNSH], установлена зависимость состава кристаллов KCNSH от состава раствора, найдены коэффициенты распределения Ni и Co для граней (110) и (001). Впервые построена диаграмма фазовых равновесий в системе K2SO4 - NiSO4 - CoSO4 - H2O при Т = 40 °С, определены условия кристаллизации KCNSH. Впервые исследована кинетика роста смешанных кристаллов KCNSH из растворов с соотношением [KCSH]:[KNSH] = 1:1, 1:2, и определены кинетические коэффициенты ступеней на грани (001). Впервые установлены закономерности трансформации структуры кристаллов KCNSH при изменении их состава: увеличение содержания кобальта не приводит к заметным изменениям в окружении катионов калия и серы, основные изменения наблюдаются в (Со,Ni)O6-октаэдрах, в которых монотонно увеличиваются значения межатомных расстояний Co/Ni-O. Впервые охарактеризована реальная структура кристаллов KCNSH в зависимости от состава и условий роста, включая секториальную, зонарную, радиальную, мозаичную неоднородности и дислокационную структуру. Показано, что основными причинами образования центров рассеяния являются секториальность и зонарность. Впервые установлено, что при выращивании монокристаллов KCNSH локальные обменные процессы между кристаллом и раствором могут проходить при изменении состава раствора у растущей грани, в том числе – при изменении скорости потока. Показано, что обменные процессы могут быть подавлены при переохлаждении (delta)Т > 2 °С. Впервые установлена зависимость величины мозаичной неоднородности от переохлаждения раствора и показано, что как и обменные процессы она может быть подавлена при переохлаждении (delta)Т > 2 °С. Это отражает связь мозаичной неоднородности с процессами изоморфного замещения в смешанных кристаллах. Установлено влияние радиальной неоднородности кристаллов KCNSH на их устойчивость к растрескиванию. Изучено влияние состава смешанных кристаллов KCNSH на их оптические спектры пропускания в интервале 200÷900 нм. Установлено, что кристаллы KCNSH прозрачны в солнечно-слепой области спектра, а степень подавления полос пропускания в окрестностях длин волн 490 и 710 нм зависит от состава кристалла. Показано, что оптимальными оптическими характеристиками для фильтров УФ-С диапазона обладают кристаллы, выращенные из растворов с соотношением [KCSH]:[KNSH] = 1:2. Установлена связь между прозрачностью кристаллов KCNSH в УФ диапазоне и их структурным совершенством, и доказано, что главной причиной снижения пропускания в солнечно-слепой области спектра является неоднородность состава кристаллов, приводящая к генерации центров рассеяния. Изучены условия формирования источников упругих напряжений в кристаллах KCNSH и реализованы способы их подавления, что позволило получать кристаллы KCNSH высокого оптического качества. Впервые из кристаллов KCNSH изготовлены оптические фильтры диаметром более 20 мм и высотой более 10 мм.