Диссертация (Теплопроводность твердотельных оптических материалов на основе неорганических оксидов и фторидов)

ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университетимени академика И.Г. Петровского»На правах рукописиПопов Павел АркадьевичТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХОКСИДОВ И ФТОРИДОВ01.04.07 – Физика конденсированного состоянияДиссертация на соискание ученой степени докторафизико-математических наукБрянск – 20152ОглавлениеСтр.Введение…………………………………………………………………….............................................7Глава 1 Аналитический обзор литературы……………………………….........................................121.1Некоторые вопросы теории температурной зависимоститеплопроводности диэлектрических материалов……………………………………..........121.21.1.1Краткий очерк развития учения о теплопроводности кристаллов…………...….....121.1.2Приближение времени релаксации фононов…………………………………............161.1.3Теплопроводность кристаллической решетки при высоких температурах….........20Исследуемые материалы…………………………………………………………….

........211.2.1Состав, структура, некоторые физические свойства, применение…………. ........211.2.2Гетеровалентные твердые растворы М1-xRxF2+x(структурные особенности, проблемы получения монокристаллов)……….….....551.3Обзор результатов экспериментальных исследованийтеплопроводности исследуемых материалов…………………....................................…...621.3.1Ванадаты…………………………………………………………………………….…..621.3.2Гранаты………………………………………………………………………….............661.3.3Фториды……………………………………………………………………….............82Выводы к главе 1……………………………………………………...........................................

........90Глава 2 Экспериментальные методики……………………………………………………….. .…...922.1Методика калориметрических измерений………………………………………...........922.2Методика рентгеновских измерений…………………………………………………...…...972.3Методика низкотемпературных измерений теплопроводности………………….…...992.42.3.1Описание установки……………………………………………………………..........992.3.2Порядок измерений………………………………………….............................

......1012.3.3Оценка погрешности измерений………………………………………………..........104Методика высокотемпературных измерений теплопроводности………………...……105Глава 3 Теплоемкость, термодинамические характеристики и тепловое расширениеоптических кристаллов…………………………………………………………………………...….1083.1Теплоемкость и термодинамические характеристики……………………………......1083.1.1Двойной ванадат кальция-лития Ca10M(VO4)7……………............................. ......1083.1.2Замещённый гексагаллат стронция SrGa11Mg0.5Zr0.5O19 (HGS)……………….…...1103.1.3Борат бария BaB2O4 (BBO, α-фаза)……………………………………………........1113.1.4Триборат лития LiB3O5 (LBO)…………………………………………………...….1123.1.5Тетраборат стронция SrB4O7 (SBO)………………………………………...…........11333.23.1.6Стр.Ортогерманат висмута Bi4Ge3O12 (BGO, германоэвлитин)............................ ......1153.1.7Фторид европия EuF2.136……………………………………...................................1163.1.8Трифторид лантана LaF3…………………………………….....................................1183.1.9Изовалентный твердый раствор Ca0.257Sr0.743F2……………………………..........1193.1.10Дифторид свинца PbF2………………………………………………………… ......1213.1.11Изовалентный твердый раствор Pb0.68Cd0.32F2……………………………..…......1233.1.12Гетеровалентные твердые растворы Ca1-хErхF2+х и Ca1-хYbхF2+х…………….

......1243.1.13Гетеровалентный твердый раствор Ba0.70La0.30F2.30………………………….........127Тепловое расширение………………………………………………………………......1283.2.1Замещённый гексагаллат стронция SrGa11Mg0.5Zr0.5O19 (HGS)……………........1283.2.2Триборат лития LiB3O5 (LBO)……………………………………………….........1303.2.3Твердые растворы MF2 (M = Ca, Ba) с дифторидами переходныхи трифторидами РЗ металлов………………………………………………….…...132Выводы к главе 3……………………………………………………........................................... .….135Глава 4 Теплопроводность кристаллов ванадатов…………………………………………… .….1374.14.24.34.4Ортованадат гадолиния GdVO4…………………………………………………… .….1374.1.1Анизотропия теплопроводности GdVO4…………………………………….....….1374.1.2Влияние примесей на теплопроводность GdVO4………….................................…138Ортованадат иттрия YVO4………………………………………………………..…...….1414.2.1Анизотропия теплопроводности YVO4…………………….................................….1414.2.2Влияние примесей на теплопроводность YVO4……………………………...........1424.2.3Твёрдые растворы ванадатов……………………………….............................

......143Сравнение матриц YVO4 и GdVO4………………………………………………...........1444.3.1Теплопроводность……………………………………………………………..….......1444.3.2Средняя длина свободного пробега фононов………………………………...…...147Двойные ванадаты Ca9R(VO4)7 и Ca10M(VO4)7…………………………….…….. .….149Выводы к главе 4……………………………………………………........................................... ......152Глава 5 Теплопроводность различных оптических оксидных кристаллов………………….…...1545.1Кристаллы галлиевых и алюминиевых гранатов………………………….……….....1545.1.1Хромсодержащие кристаллы GdGaG: влияние отжига……………………..........1545.1.2Проверка изотропности TbGaG……………………………............................. ......1565.1.3Кристаллы TbGaG, легированные РЗ…………………………………………......1575.1.4Кристаллы YAlG:Yb……………………………………………………………......1585.1.5Кристаллы YAlG:Er………………………………………………………….... ......1605.1.6Кристалл YbAlG:Tm, Ho…………………………………..…………………...........16145.1.7Стр.Кристаллы GdScGaG:Cr и YScGaG:Cr: влияние отжига….............................

......1635.1.8Кристаллы YScGaG: влияние анионных вакансий…………………………........1645.2Кристаллы боратов………………………………………………………………….......1655.2.1Триборат лития LiB3 O5 (LBO)………………………………......................... …..1655.2.2α- и β-модификации бората бария BaB2O4 (BBO)…………………………. ......1675.2.3Скандоборат лантана LaSc(BO3)4 (LSB)……………………......................... .….1705.2.4Тетраборат стронция SrB4O7 (SBO)…………………….…………………….......1715.3Ортогерманат висмута Bi4Ge3O12 (BGO, германоэвлитин)………………….….. ......1745.4Парателлурит TeO2…………………………………………………………………......1775.5Кристаллы силикатов…………………………………………................................…..1795.5.1Ортосиликаты РЗЭ………………………………………………………….….....1795.5.2 Форстерит Mg2SiO4………………………………………………………….……....…1815.6Пьезоэлектрики семейства лангасита: La3Ga5SiO14,La3Nb0.5Ga5.5O14, Sr3Ga2Ge4O14…………………………………………………….

......1855.7Фианиты ZrO2:Y2O3…………………………………………………………….….. ......1885.8Замещенный гексагаллат стронция SrGa11Mg0.5Zr0.5O19 (HGS)...................................1915.9Александрит Al2BeO4:Cr3+………………………………………………………….......1945.10Корунды Al2O3……………………………………………………………………….......1965.11Кристалл YbCrSO……………………………………………….............................. ......206Выводы к главе 5………………………………………………………………………………... .….207Глава 6 Теплопроводность непрозрачных твердотельных материалов с различнойстепенью структурной упорядоченности……………………………………………………….….2106.1Бор и бориды………………………………………………………………………..

..…2106.1.1Кристалл β-бора………………………………………………………………..…2106.1.2Кристаллы гексаборидов РЗЭ: LaB6 и SmB6……………..…………………..…2136.1.2Кристалл полиборида РЗЭ: DyB62.………………………..……………....….….2186.2Кристаллы пирита FeS2……………………………………………………………. ..…2206.3Ситаллы: влияние отжигов при изготовлении…………………………………….….2246.4Керамика на основе Al2O3…………………………………….………………….….…2266.5Керамика на основе AlN…………………………………….….............................. .….229Выводы к главе 6………………………………………………………………………………...

..…232Глава 7 Теплопроводность монокристаллов неорганических фторидов……………………......2337.1Матричные кристаллы дифторидов MF2 (М = Ca, Sr, Cd, Ba)……………………......2337.2Температурная зависимость средней длины свободного пробега фононовв монокристаллах МF2……………………………………………………………...

......23757.3Стр.Сравнение матричных монокристаллов CaF2 различного происхождения……. ......2417.4Кристаллы EuF2.136 и Sr0.90Eu0.10F2……………………………………………………...2447.5Бинарные твердые растворы……………………………………………………….…...2467.5.1Изовалентные твердые растворы M1-xSrxF2 (М = Са, Ва)……………………......2467.5.2Изовалентные твердые растворы M1-хM'хF2 (M = Ca, Sr; M' = Mn, Co)……......2517.5.3Изовалентный твердый раствор Pb0.68Cd0.32F2…………………………….…. ......2547.5.4Гетеровалентный твердый раствор Са1-xYbxF2+x……………………………..…...2577.5.5Гетеровалентный твердый раствор Sr1-xYbxF2+x……………………………....…...2607.5.6Гетеровалентный твердый раствор Ba1-xYbxF2+x…………………………….........2617.5.7Сравнение концентрационных зависимостей теплопроводностигетеровалентныx твердыx растворов M1-xYbxF2+x (M = Ca, Sr, Ba)……….…......2637.5.8Гетеровалентный твердый раствор Ca1-xYxF2+x…………………………….……...2657.5.9Гетеровалентные твердые растворы Ca1-xRxF2+x (R = La – Pr)…………….…......2677.5.10Гетеровалентные твердые растворы Ca1-xRxF2+x (R = Er, Tm)……………….

......2727.5.11Гетеровалентный твердый раствор Sr1-xLaxF2+x…………………………….……...2747.5.12Гетеровалентные твердые растворы Ba1-xRxF2+x (R = La – Gd)……………....…...2777.5.13Гетеровалентный твердый раствор Ba1-xHoxF2+х……………………………...…...2887.5.14Гетеровалентный твердый раствор Ba1-xScxF2+x……………………………....…...2837.5.15Гетеровалентные твердые растворы Сa0.99R0.01F2.01 (R = Y, La – Lu)…….……...2857.5.16Гетеровалентные твердые растворы Sr0.99R0.01F2.01 (R = Y, La – Lu)………........2877.5.17Гетеровалентные твердые растворы Ba0.99R0.01F2.01 (R = Y, La – Lu)………. ......2897.5.18Корреляции теплопроводности бинарных твердыхрастворов Me0.99R0.01F2.01 (Me = Ca, Sr, Ba; R = Y, La – Lu)и характеристик ионов легирующих РЗЭ…………………............................. ......2927.5.197.67.7Гетеровалентные твердые растворы Cd1-xRxF2+x (R = Nd, Ho, Er)…………........297Тройные твердые растворы……………………………………......................................2987.6.1Гетеровалентные твердые растворы Sr1-x-yLaxPryF2+x+y и Sr1-x-yLaxNdyF2+x+y….…...2987.6.2Изогетеровалентные твердые растворы (Сa,Sr)1-хRxF2+x (R = РЗЭ)………….…...3077.6.3Изогетеровалентные твердые растворы (Ba,Sr)1-хRxF2+x…....................................3137.6.4Сравнение тройных твердых растворов (Сa,Sr)1-хRxF2+x и (Ba,Sr)1-хRxF2+x....

......318Сравнение двойных и тройных твердых растворов (М,Sr)1-хRxF2+x(влияние стронция)…………………………………………………………………......3217.8Четверной твердый раствор Ca0.6595Na0.1375Ho0.003Yb0.20F2.0655………………….........3247.9Кристаллы флюоритоподобных фаз в системах MF–RF3, где М = Li, Na;R = РЗЭ (LiRF4, КY3F10, NYF)……………………..................................................….....3256Стр.7.10Монокристаллические и керамические материалы с тисонитовойструктурой на основе LaF3……………………........................................................…...3357.11Гамма-облученные кристаллы LiF……………………………………………….........3397.12Гамма-облученные NaF, LiF и CaF2: влияние высокотемпературного отжига….......3427.13Кристаллы CaF2: влияние радиационных F-центров, записанных голограмм…. …..351Выводы к главе 7………………………………………………………………………….….......354Глава 8 Теплопроводность оптических фторидных керамик и стекол……………………...