Диссертация (1024675), страница 41
Текст из файла (страница 41)
И значение экспериментальной теплопроводности образца 1 приТ = 50 К составляет 900 ± 45 Вт/(м К), т. е. превосходит комнатную менее чем в 20 раз. Это может свидетельствовать о наличии в монокристалле точечных дефектов, являющихся центрамифононного рассеяния. И хотя явных признаков выхода кривой на низкотемпературный максимумне наблюдается, имеет место широкий температурный диапазон 50 – 150 К, в котором значениестепени n для аппроксимирующей функции k(T) ~ Т -n остается близким к n = 2. В случае малодефектных монокристаллов значение n этой области температур обычно значительно варьируется.1000-2.15k, Вт/(м К)Т100Т100-1.0T, К 300Рисунок 6.10.
Температурная зависимость экспериментально определенной теплопроводностимонокристаллических образцов 1 и 2 (верхняя и нижняя кривая соответственно) пирита222Значения теплопроводности образца 2 при Т = 50 К и Т = 300 К составили соответственно444 ± 22 Вт/(м К) и 45.5 ± 2.3 Вт/(м К). Взаимное расположение обеих кривых k(T) дает основание предположить бóльшую дефектность кристаллической структуры образца 2.Поскольку кристаллы пирита являются полупроводниковыми, логично было выяснитьвлияние на экспериментально определенную теплопроводность электропроводящих свойствисследованного монокристалла. Измерение электросопротивления образца 1 в интервалетемператур 50 – 300 К было проведено четырехзондовым методом на использованной приисследованиитеплопроводностиустановкепослесоответствующегоперемонтажаизмерительной ячейки.Результаты расчета температурной зависимости удельного электросопротивления ρ(Т)представлены графически на Рисунке 6.11.
Видно, что изменение величины ρ в исследованномтемпературном интервале составляет три порядка. Что касается абсолютного значения ρ, то онодостаточно высокое для полупроводника. Исследование химического состава образцаренгенофлюоресцентным методом на приборе «СУР-01 Реном» выявило замещение всего лишь0.12 вес. % основных ионов Fe 2+ ионами Sr 2+. Были замечены также не определяемыеколичественно (суммарно не более 0.01 вес. % по отношению к Fe) следы элементов Sb, Sn, Ag.100200T, К 3003100kе, 10 -6 Вт/(м К)Ом м1000210101100200T, К 300Рисунок 6.11. Температурная звисимость удельного электросопротивленияи электронной составляющей теплопроводности монокристалла пирита223Знание величины ρ позволяет оценить электронную составляющую теплопроводностиke из закона Видемана-Франца.
В качестве числа Лоренца была принята величинаL = const(T) = 2.7×10-8 Вт Ом/К2. Результаты расчета температурной зависимости ke(Т)представлены графически на том же Рисунке 6.11. Видно, что, несмотря на сильный ростke(Т) в исследованном температурном интервале, значения ke составляют величину порядка10-6 Вт/(м К), ничтожно малую по сравнению с экспериментально определенной теплопроводностью. Последнюю в связи с этим можно считать равной решеточной (фононной) теплопроводности исследованного монокристалла пирита.Полученные данные по теплопроводности позволяют оценить температурную зависимость средней длины l(T) свободного пробега фононов в этом кристалле. При расчетах мы использовали калориметрические экспериментальные данные из [553], а в качестве средней скорости звука нами была принята полученная с учетом данных [554] величина v = 5.2 км/с.
Результаты расчета l(T) для образца 1 представлены на Рисунке 6.12.Т-4.8-6l, м10-710Т-8-1.610-910l=a100T, К 1000Рисунок 6.12. Температурная зависимость средней длины свободного пробега фононовв монокристалле пирита224Видно, что в области комнатной температуры значение средней длины свободногопробега фононов в кристалле FeS2 составляет 1×102 Å, т. е.
почти двадцатикратную величинупо отношению к параметру элементарной ячейки a = 5.417 Å этого соединения. Это можнообъяснить удаленностью исследованного температурного диапазона от характеристическойдебаевской температуры. Последняя, судя по зафиксированному в [555] продолжающемуся приТ = 800 К крутому росту теплоемкости, составляет довольно высокую величину.Однако, более интересно то обстоятельство, что экстраполяция экспериментальнойкривой l(T) в область температуры плавления (≈ 1450 К) дает значение l, все еще значительнопревосходящее параметр элементарной ячейки.Определеннаяэкспериментальноприкомнатнойтемпературеудельнаяэлектропроводность образца 2 оказалась только на порядок большей электропроводностиобразца 1.
Очевидно, что и в этом случае электронной составляющей теплопроводности можнопренебречь. Рентгенофлюоресцентные исследования состава выявили наличие в образце 2 Cu,Sr и Pb в количестве соответственно 0.31, 0.15 и 0.05 вес. % по отношению к Fe.Таким образом, по-видимому, впервые получены экспериментальные данные потеплопроводности монокристаллов пирита. Малое содержание примесей позволяет говорить орешеточном характере экспериментальной теплопроводности.
Величина теплопроводностипирита в области комнатной температуры занимает промежуточное положение междузначениями теплопроводности различных полупроводниковых материалов. Она близка ктеплопроводности таких соединений, как CdAs2 (41 Вт/(м К)), GaAs (68 Вт/(м К)) [497].Следует отметить также неприемлемость использования авторами [556] представленной внастоящей работе температурной зависимости теплопроводности k(T) кристалла пирита FeS2для экстраполяции в область высоких температур значения теплопроводности соединенияблизкого состава – моносульфида железа FeS (троилит, крайний представитель семействапирротина Fe1-хS). Другая область температур и малая величина теплопроводности FeS(3.5 Вт/(м К) при Т = 308 К [557]) предполагает гораздо более слабую зависимость k(T), чемнизкотемпературная для FeS2.
Поэтому реальная ожидаемая величина теплопроводности FeSпри Т = 1500 К представляется в два раза большей, чем полученная в [556] k = 0.7 Вт/(м К).6.3 Ситаллы: влияние отжигов при изготовленииЦелью исследования ситаллов было выявление зависимости теплопроводности от температуры вторичного высокотемпературного отжига при изготовлении. Результаты измеренийтеплопроводности четырех образцов, имеющих различную термическую обработку, представлены на Рисунке 6.13.225Видно, что увеличение температуры вторичного отжига сопровождается повышениемвеличины теплопроводности материала. Однако, температурная зависимость теплопроводностиk(T) во всех случаях остается стеклоподобной (слабой возрастающей), и величинакоэффициента теплопроводности не достигает соответствующих значений для плавленогокварца.k, Вт/(м К)2,01,51,012340,50,00100200Т, К300Рисунок 6.13.
Влияние отжига на теплопроводность ситаллов:1 – 740 °С × 24 час. + 1000 °С × 6 час., 2 – 740 °С × 24 час. + 900 °С × 6 час.,3 – 740 °С × 24 час. + 770 °С × 12 час., 4 – стекло исходноеПолученная зависимость объясняется повышением степени закристаллизованностиматериала – увеличением доли объема, занятого кристаллической фазой.
А кристаллическиесреды, как известно [1, 497], лучше проводят тепло, чем аморфные. Вследствие этого восновном тепловое сопротивление имеет место в аморфной прослойке между кристаллитами,что и определяет стеклоподобный характер полученных графиков k(T). В пользу последнегосвидетельствует практически полное совпадение экспериментальных кривых для исходногостекла (кривая 4) и образца, подвергнутого отжигу с минимальной температурой, и, очевидно,обладающего минимальным количеством образовавшихся кристаллических зерен.На Рисунке 6.14 сведены вместе результаты измерения теплопроводности исходного стекла на низкотемпературной установке и высокотемпературном приборе ИТλ-400. Общий температурный интервал составил от Т = 50 К до Т = 573 К.Видно, что низко- и высокотемпературные результаты вполне соответствуют друг другу.Это соответствие косвенно подтверждает корректность низкотемпературных измерений теплопроводности исследованного ряда ситаллов.
С учетом экстраполяционной точки (0; 0) общий226массив экспериментальных точек k(T) для исходного стекла удовлетворительно интерполируется с помощью полинома третьей степени вида:k, Вт/(м К)k(T) = 8.1808×10-9×Т 3 - 1.2781×10-5×Т 2 + 7.1032×10-3×Т + 0.005 Вт/(м К).1,20,80,40,00200400600T, КРисунок 6.14. Температурная зависимость теплопроводности исходного(ситаллизирующегося) стекла, определенная на низкотемпературнойустановке и высокотемпературном приборе ИТλ-4006.4 Керамика на основе Al2O3Результаты измерения теплопроводности четырех керамических образцов на основе Al2O3(получены от С.Н. Иванова, ИРЭ РАН, г.
Москва) представлены на Рисунке 6.15 и в Таблице1.23 Приложения. Нумерация кривых соответствует нумерации образцов в Таблице 24, в которой приведены имеющиеся сведения об исследованных керамиках.Таблица 24.Сведения об образцах керамикиХимический состав№Название, маркаЦветAl2O3SiO2Cr2O3 MnOMgOB 2 O31Сапфирит, ВК98-1белый98–––0.51.52Поликор, ВК100-1белый99.7–––0.3–3Изготовлена под давлениембелый4ВК94-1 (22хC)розовыйданные отсутствуют94.42.760.472.35––2271210003k, Вт/(м К)4510010100200Т, К 300Рисунок 6.15.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
