Теплофизические свойства твердых растворов системы TiInSe2-InGaSe2 Рустамов, Чингиз Иззат оглы

Введение к работе

Актуальность работы:

Многокомпонентные сплавы получили в последние годы широкое применение в качестве материалов для изготовления различных приборов, а интенсивное изучение их свойств привело к открытию ряда явлений, созданию принципиально новых и важных для техники приборов и существенно способствовало развитию физики твердого тела. Большой диапазон применимости этих промежуточных групп твердых тел обусловлен, прежде всего, широким спектром их электрофизических, теплофизических параметров и возможностью управления ими, что достигается, с одной стороны, очисткой и последующим легированием известных, ставших традиционными, материалов, а с другой - изысканием новых.

Освоение космоса, ракетная техника, атомная энергетика, радиоэлектронная промышленность потребовали получения принципиально новых материалов, которые должны обладать комплексом качественно новых физических, тепловых, технологических и эксплуатационных свойств. В номенклатуру промышленных материалов наряду с уже освоенными металлами и сплавами все больше вовлекаются новые простые вещества и особенно их соединения.

Большое значение имеет создание и исследование новых материалов
со специальными свойствами, такими как очень малые или, наоборот, очень
большие значения температурного коэффициента электропроводности, спо
собность сохранить свойства и при высоких температурах. К числу таких
объектов, пожалуй, в первую очередь, следует отнести новые материалы,
полученные на основе полновалентных фаз типа А^ШВ^И. Уже сегодня неко
торые из этих материалов наиіли применение в металлургии, электротехни
ке, радиотехнике, в атомной технике и многих других областях народного
хозяйства. \ * Ч. -..-

Следует отметить, что несмотря на достигнутые значительные успехи в области изучения сплавов и соединений, полученных на основе решеток типа А^ШВ^, многие из них изучены еще недостаточно и не нашли широкого применения, что делает необходимым исследования в этой области.

С другой стороны, потребность практики опережает реальные возможности материаловедения. Нужны все новые и новые вещества, с качественно новыми сочетаниями свойств. Поэтому во всем мире быстрыми темпами идут дальнейшие поиски с целью получения новых материалов.

В связи с этим на смену классическим атомарным соединениям пришли их бинарные и более сложные аналоги типа А^⁴¹, которые не только можно поставить в один ряд с известными перспективными материалами по широте и важности исследований, но в некоторых областях техники им даже можно отдать предпочтение.

Из теории термоэлектричества известно, что термоэлектрические свойства характерны для многокомпонентных соединений и твердых растворов, содержащих тяжелые элементы со сложной или дефектной кристаллической структурой.

В связи с вышеуказанным соображением, сочетание теплофизичес-ких свойств, связь между кристаллической структурой, характером и энергией межэлектронного взаимодействия и различными физическими свойствами обусловили научный и практический интерес к сложным аналогам TISe.

Интенсивное развитие техники СВЧ, создание новых типов запоминающих устройств требует получение и исследование новых сложных материалов на основе халькогенидов элементов ШВ подгруппы. Для решения таких задач необходимо комплексное исследование природы и особенностей их физических, тепловых и физико-химических свойств.

Существенные успехи достигнуты в этом аспекте в исследованиях соединений А^ШВ^Ш и их сложных аналогов. С этой точки зрения тема настоящей диссертационной работы "Теплофизические свойства твердых раство-

ров системы THnSe₂-InGaSe₂" является весьма актуальной.

Цель работы: Установление влияния частичного замещения атомов таллия атомами галлия на структуры и теплофизические свойства твердых растворов системы InTl^Ga^Se^ где 0<х<1. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

разработать методику синтеза и выращивания монокристаллов соединений TlInSe₂, TlIn₂GaSe₄ и твердых растворов системы TlInSe₂ - InGaSe₂;

провести физико-химический и рентгенографический анализы, установить пределы растворимости сплавов системы THnSe₂ - InGaSe₂;

исследовать температурные зависимости теплопроводности соединений TlInSe₂, TlIn₂GaSe₄ и твердых растворов на основе TlInSe₂ в системе TlInSe₂ - InGaSe₂;

исследовать температурные зависимости теплоемкости сплавов системы TlInSe₂ - InGaSe₂;

исследовать явление термического расширения, изотермической сжимаемости в зависимости от температуры и состава сплавов системы TlInSe₂ -InGaSe^

вычислить по экспериментальным данным тепловые и упругие параметры соединений TlInSe₂, InGaSe₂, TlIn₂GaSe₄ и твердых растворов системы InTl^Ga^Se,.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

Получены новые тройные и четверные соединения и твердые растворы, обладающие высоким коэффициентом тензочувствительности и переключающими свойствами.

Научная новизна:

1. Методами зонной плавки впервые выращены монокристаллы твердых растворов InTl₁._xGa_ISe₂, где 0<х<1.

1. Методами физико-химического и рентгенографического анализов установлено, что в системе TlInSe₂ - InGaSej растворимость InGaSe₂ в TlInSe₂ составляет 45 мол.% InGaSe₂ и при соотношении исходных компонент 1:1 образуется четверное соединение TlIn₂GaSe₄.

2. Разработана измерительная установка, позволяющая проводить одновременные измерения теплового расширения и изотермической сжимаемости твердых тел в широком интервале температур (4,2-400) К.

3. Исследованием электропроводности сплавов системы InTlLxGa^Sej в сильных электрических полях установлено, что при высоких температурах (Т>300К) изменение подвижности носителей тока следует закону ц=і(Г^3/2), соответствующему взаимодействию их с продольными акустическими фононами.

5. Рассмотрен характер изменения коэффициента теплопроводности,
теплового расширения (КТР), изотермической сжимаемости и теплоемкости
при частичном замещении атомов таллия атомами галлия в системе TlInSe₂ -
InGaSe₂.

6. Вычислены тепловые и упругие параметры исследованных фаз.
Основные защищаемые положения работы:

1. Результаты физико-химических и рентгенографических исследований системы TlInSe₂-InGaSe₂ и установленные закономерности изменения параметров решетки твердых растворов указанной системы в зависимости от состава.

2. Закономерности, выявленные при исследовании теплофизических свойств (теплопроводности, теплоемкости, теплового расширения и изотермической сжимаемости) соединений TlInSe₂, InGaSe₂, TlIn₂GaSe₄ и твердых растворов InTl^GaxSej в широком интервале температур (4,2-400) К.

3. Изменение электрофизических параметров (ширина запрещенной зоны, концентрация и холловская подвижность носителей тока) сплавов системы TlInSe₂-InGaSe₂ в зависимости от состава и внешних факторов.

4. Особенности переключающих и пьезоэлектрических свойств твердых растворов InTl,._xGa_xSe₂ при частичном замещении атомов таллия атомами галлия.