Диссертация (1024675), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Видно,что в результате отжига теплопроводность ранее облученного образца LiF во всем исследованном температурном интервале практически восстановилась до величины, соответствующей исходному кристаллу.k, Вт/(м К)34712310010100T, К300Рисунок 7.116. Температурная зависимость теплопроводности исходного (1),γ-облученного дозой 2×106 рад (2) и затем отожженного (3) монокристаллов LiFВ случае данной – большей – дозы облучения низкотемпературная теплопроводность в результате отжига также значительно повысилась, не достигнув, однако, теплопроводности исходного кристалла.
Различие величин теплопроводности отожженного и исходного образцов внизкотемпературной области, наиболее чувствительной к наличию точечных дефектов [1, 2],доходит в этом случае до 1/3.При исследовании теплопроводности образца LiF с дозой облучения 2×109 рад были получены следующие экспериментальные зависимости k(T) (см. Рисунок 7.117).k, Вт/(м К)34812310010100T, К300Рисунок 7.117. Температурная зависимость теплопроводности исходного (1),γ-облученного дозой 2×109 рад (2) и затем отожженного (3) монокристаллов LiFВид графика температурной зависимости относительной разности теплопроводностиотожженного после γ-облучения дозой 2×109 рад и исходного образцов LiF (кривая 1 на Рисунке 7.118) позволяет сделать предположение о селективном в отношении температуры характере интенсивности фононного рассеяния на оставшихся после облучения и отжига дефектах кристаллической решетки.
Локальный максимум интенсивности такого рассеяния предположительно проявляется в области Т = 120 К. С другой стороны, возможен эффект «залечивания» в результате отжига дефектов, имеющихся в исходном кристалле LiF, о чем может свидетельствовать локальный минимум кривой ε(T) в области T = 90 К.3490,310,220,10,00100200Т, К 300Рисунок 7.118. Температурная зависимость относительной разности теплопроводностиотожженного после γ-облучения дозой 2×109 рад (1), 2×106 рад (2) и исходного образцов LiFГрафик k(T) для облученного керамического образца NaF демонстрирует (Рисунок 7.113)наличие дефектной структуры. Это выражается в значительном ослаблении степенитемпературной зависимости k(T) в области низких температур.
Интересно, что в областитемператур 200 – 300 К графики k(T) для всех перечисленных выше образцов NaF симбатны.И практически одинаковая степень температурной зависимости k(T) свидетельствует, повидимому, о качественной схожести процессов фононного рассеяния в этих образцах сразличной дефектностью в области комнатной температуры.Совершенно другой эффект наблюдается в случае кристалла CaF2 (Рисунок 7.119 иРисунок 7.120). Промежуточная, по отношению к исследованным образцам LiF, доза γоблучения монокристалла CaF2 вызвала более чем 6-кратное снижение его теплопроводностипри Т = 50 К. При комнатной температуре Т = 300 К снижение теплопроводности составиловеличину порядка 6 %.
В результате же отжига теплопроводность не только не повысилась, но вобласти Т = 50 К экспериментальные точки k(T) оказались на ≈ 4 % ниже, чем для образца CaF2в доотжиговом состоянии.Такое различное влияние облучения и отжига на теплопроводность кристаллов LiF, NaF иCaF2 связано, по-видимому, с различиями кристаллической структуры этих соединений. Кристаллическая решетка фтористого лития аналогична решетке NaCl, т. е. представляет собой совокупностьдвух гранецентрированных кубических подрешеток, состоящих соответственно из катионов Li + ианионов F –. Структура флюорита достаточно рыхлая, она содержит пустоты, например, в центре кубической ячейки (если рассматривать вариант изображения ячейки с ионами Ca в углах) или в середине ребра. Можно рассматривать гранецентрированную подрешетку из таких пустот [599, 600].350k, Вт/(м К)123105100T, К300Рисунок 7.119.
Температурная зависимость теплопроводности исходного (1),k, Вт/(м К)γ-облученного (2) и затем отожженного (3) монокристаллов CaF216121431210200250Т, К300Рисунок 7.120. Температурная зависимость теплопроводности исходного (1), γ-облученногодозой 107 рад (2) и затем отожженного (3) монокристаллов CaF2 в интервале 200 – 300 К351Облучение γ-квантами кристаллов LiF, NaF и CaF2 вызывает образование вакансий ионовфтора с занятием этих вакансий электронами, что обеспечивает электрическую нейтральностькристалла.
В результате высокотемпературного отжига в этих кристаллах происходятдиффузионные процессы, приводящие к обратному занятию вакансий межузельными ионамифтора.«Залечивание»дефектовзакономерно[1,2]повышает(восстанавливает)теплопроводность кристаллического материала. Необходимо также иметь в виду возможностьпроникновения в выращенный во фторирующей атмосфере кристалл CaF2 гидроксильныхгрупп OH – из воздуха при отжиге. А дополнительные дефекты кристаллической структурыотвечают за снижение теплопроводности в области низких температур. Этого не должнопроисходить при отжиге уже содержащих такие включения кристаллов LiF (как показановыше, установлено слабое снижение низкотемпературной теплопроводности LiF: OH – посравнению с переплавленным во фторирующей атмосфере и очистившимся от гидроксилаобразцом LiF). Кроме того, диффузионные способности кристаллической структурысравниваемых фторидов по отношению к различным видам ионов также должны различаться.Наличие указанные выше пустот в структуре CaF2, а также соотношение постоянных решеткиLiF (NaF) и CaF2 и ионных радиусов Li + (Na+) Ca2+ и F – определяют различные значенияплотности упаковки LiF (NaF) и CaF2, что в значительной мере влияет на особенностидиффузионных процессов в этих кристаллах.Исходя из экспериментальных результатов, можно сделать вывод о существенноразличных процессах, происходящих как при облучении, так и при высокотемпературномотжиге, в кристаллах LiF, NaF и CaF2.
Эти матрицы демонстрируют различную способность поотношению к диффузии ионов фтора и гидроксильных групп OH –.7.13 Кристаллы CaF2: влияние радиационных F-центров, записанных голограммНа Рисунке 7.121 приведены результаты измерения теплопроводности трех монокристаллических образцов флюорита CaF2 производства ГОИ (Санкт-Петербург, предоставлены Рыскиным А.И.). Один – принятый за эталон – был бесцветным, второй имел красный цвет, третий– синий (с оттенком фиолетового, в зависимости от освещения). В цветные образцы посредством гамма-облучения было введено одинаковое число дефектов – анионных вакансий и электронов, только в красном они присутствовали в виде дефектов малого размера, а в синем –сконцентрированы в наноразмерные металлические частицы кальция (в обширном участке кристалла анионов нет, и катионы Са2+ и электроны группируются в металлические частицы).Видно (Рисунок 7.121), что в области самых низких исследованных температур теплопроводность дефектных образцов существенно ниже, чем эталонного.
При Т = 50 К эти различия со-352ставляют 20 %. При комнатной температуре результаты оказались практически неразличимы. Такое поведение теплопроводности является обычным для проявления точечных дефектов структуры диэлектрических монокристаллов. Необходимо отметить также неразличимость между собойи полученных кривых k(T) для дефектных (цветных) образцов. Можно сделать вывод о том, чтов исследованном температурном интервале фактором, определяющим теплопроводность CaF2,k, Вт/(м К)является количество внесенных дефектов, но не различия в их устройстве и размерах.30012200310006080Т, К100Рисунок 7.121.
Сравнение теплопроводности монокристаллическихобразцов CaF2: 1 – эталон, 2 – красный, 3 – синийВ дальнейшем на этих же дефектных (цветных) образцах в ГОИ были записаны голограммы. В результате они содержали периодически расположенные слои, в которых были сконцентрированы дефекты.
Толщина этих слоев мала по сравнению с промежутками между ними (вкоторых дефекты отсутствуют, или их количество пренебрежимо мало). В одном из образцов –синем – эти слои расположены параллельно его длинной грани (т. е. параллельно длинной оси),в другом – красном – параллельно торцам (перпендикулярно длинной оси). Голограммы былизаписаны на рабочих участках образцов – между датчиками температур.На Рисунке 7.122 в графическом виде представлено влияние записи поперечной, относительно оси образца, голограммы на низкотемпературную теплопроводность кристалла CaF2.Видно, что наличие поперечных голографических слоев привело к малому, но превышающему пределы воспроизводимости результатов ± 3 %, определяющие возможности сравненияобразцов на применяемой установке, понижению низкотемпературной теплопроводности.353k, Вт/(м К)30021200100506070Т, КРисунок 7.122.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
