Сетевой исследовательский проект "Рост кристаллов"

Проект направлен на решение глобальной проблемы нехватки квалифицированных наставников для профориентации и проектной деятельности школьников в области геологических наук, которые играют значительную роль в народном хозяйстве страны, но практически не представлены в школьном учебном плане.

Основными инструментами является создание системы подготовки наставников и инфраструктуры для проведения сетевых исследовательских проектов. При этом, прорывная идея состоит в том, чтобы показать междисциплинарность геологии и ее опору на другие науки, которые хорошо представлены школьными предметами – физика, химия и география. Во-первых, такая опора на классические предметы в школе помогает качественно провести профориентацию школьникам, обеспечив широкое понимание возможных карьерных траекторий в области геологии. Во-вторых, такой подход расширяет базу преподавателей, которых может заинтересовать участие в предлагаемой деятельности – учителя физики и химии также смогут проводить сетевые исследовательские проекты, которые близки им по содержанию, но имеют новый геологический контекст. В конечном итоге, проведение этих проектов может также оказаться полезным для развития самих предметов с привлечением примеров из новой прикладной области.

Тематикой данного проекта является рост кристаллов. Теория и практика роста кристаллов до сих пор остаются областями первостепенной важности для материаловедения – обширнейшей мультидисциплинарной науки. Это легко объяснимый факт, т.к. электронные, оптические, магнитные и др. эффекты в кристаллах являются основой работы почти всех современных устройств. Именно прогресс в росте кристаллов позволяет переходить на новые поколения процессоров, получать все более эффективные лазеры и т.д. Неочевидный с первого взгляда, но огромный вклад кристаллизации можно найти и за пределами электронной промышленности – строительные материалы, медицинские препараты, пищевая промышленность и, конечно же, геология. Таким образом, рост кристаллов может рассматриваться как универсальный инструмент, способный стать основой специализации школьника, без преувеличения, в любой из естественнонаучных специальностей.

Объектом исследований проекта будут кристаллы «квасцов» (алюмокалиевые, алюмоаммонийные и т.д.). Эти соединения являются удобным объектом для кристаллизации, и в сети Интернет можно легко найти методики и демонстрации по получению достаточно крупных кристаллов в несколько и более см. В данном проекте процесс кристаллизации квасцов будет изучен чуть глубже. Основная научная идея – проследить закономерности формирования кристаллов в зависимости от смены условий.

Вариативность результатов выполнения проекта будет обеспечена разнообразием предложенных параметров кристаллизации. Результаты систематических исследований хотя бы одного из параметров могут стать основой работы для представления на школьных научных конкурсах.

 

Неполный список параметров кристаллизации для исследования (от простого к сложному):

0. Кристаллизация на затравку при постоянной температуре из испаряющегося растворителя.

1. Регенерация сколов кристалла.

2. Влияние примесей (ингибиторы роста граней октаэдра) на огранку.

3. Модернизация метода выращивания:

 

А. С подпиткой

Б. В условиях снижения температуры

В. С вращением и/или вытягиванием кристалла

 

Цель проекта

Вовлечение школьников в проектную деятельность в области геологических наук.

Команда проекта

- Руководитель направления - Кох Константин Александрович, к.г.-м.н.  Лауреат премии президента РФ в области науки и инноваций для молодых учёных, Старший научный сотрудник ИГМ СО РАН, Старший преподаватель кафедры МиГ ГГФ НГУ.

- Руководитель образовательной программы - Вишневский Андрей Владиславович, к.г.-м.н., Заведующий Центральным Сибирским геологическим музеем, Доцент кафедры МиГ ГГФ НГУ.

- Менеджер - Малов Виктор Игоревич, Младший научный сотрудник ИГМ СО РАН, Ассистент кафедры МиГ ГГФ НГУ.

 

Материалы и методы исследования

Точный состав набора для проведения экспериментов уточняется

 

Образовательная программа

В рамках проекта «Рост кристаллов» будут разработаны видеокурс и методические материалы.

Планируемые разделы:

  • Что мы называем кристаллами, как они устроены, как происходит их зарождение и рост.
  • Законы симметрии в кристаллах на примере кубической сингонии.
  • Морфология кристаллов как отражение не идеальности условий роста.
  • Методологические подходы к выращиванию кристаллов из водных растворов.

Список литературы

1. Портнов В.Н. Влияние примесей на скорость роста граней кристаллов из раствора: Монография. – Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского, 2013. – 166 с.

2. Мурашкевич А. Н.  Теория и методы выращивания монокристаллов: учеб. пособие для студентов специальности «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» / А. Н. Мурашкевич, И. М. Жарский. – Минск : БГТУ, 2010. – 214 с.

 

Лекция 1 "Основы теории роста кристаллов"

 

 

Лекция 2 "Введение в симметрию кристаллов"

 

 

Лекция 3 "Что и как влияет на рост кристаллов?"

 

 

Лекция 4 "Выращивание квасцов, практические советы"

 

 

Рост кристаллов

 

Рост кристаллов (эксперимент)