Введение к работе
Настоящая работа госвяшэна изучению термодинамических свойств которых соединений со структурой граната методом низкотемгоратур-юа калориметрии.
Актуальность. Термодинамические свойства кристаллических материалов в значительной мере определяхгг область их применения в современ-гой технике. В последнее' время определились области науки и техники, і которых соединения со структуроа граната находят широкое применение іто, преида всего,' связано с их использованием в качестве активного іабочего тела в- оптических квантовых генераторах, подложек для роста ранатовых шкзнок с щшщцрическкми магнЕГГНШШ докэнами, применяемых і ячейках памяти, линий задержки в акустоэлэктронике, рабочего тела в :олодильных устройствах и т.д.
Отсутствие надежных значений термодинамических характеристик верств тормозит развитие науки и техники. Без термодинамических данных ельзя правильно рассчитать технологический процесс получения ве-' ;еств. Термодинамические данные необходимы также для рационального ешения вопросов, связанных с синтезом материалов с заранее заданными войствами, высокой очисткой и легированием веществ.
Знание величин теплоемкости гранатов позволяет рассчитать изме-енке теплосодержания гранатов в широкой интервале температур и тем амым способствует оптимизации процесса регулирования теплоотвода при хлаадении монокристалла. Оптимальный режим охлаждения позволяет поучать совершенные кристаллы. С другой стороны, многие гранаты содзр-ат галлий, германий, алюминий, субоксиды которых (<з* о, еао, Geo. i2o,. mo) достаточно летучи. Поэтому при достаточно высоких темгора-урах, особенно вблизи температуры плавления гранатов (1800-2000 К), роисходит испарение указанных субоксидов. Термодинамические характе-истики газообразных оксидов хорошо известны, однако термодинамичес-ие характеристики гранатов изучены явно недостаточно. Последнее об-
стоятелъство затрудняет расчет парциальных давлении летучих компонентов, что в свою очередь осложняет осуществление режимов управляемогс синтеза гранатов.
Исследования термодинамических свойств веществ и материалов необходимы и для решения фундаментальных задач физики н химии, разработки уравнений состояния, изучения фазовых превращении.
Изучение тепловых свойств кристаллической решетки, в частности, колебательного спектра частот, позволяет выяснить природу межатомных сил, а основная информация о фононном спектре кристалла содержится в величине теплоемкости при низких температурах.
Таким образом, для решения многих задач физики и химии твердого тела необходимы экспериментальные измерения теплоемкости.
Цель работа. Целью настоящей работы является изучение термодинамических свойств некоторых соединении со структурой граната в широком интервале температур. Для выполнения этой задачи экспериментально определена температурная зависимость теплоемкости кристаллов следующих соединений и твердых растворов: Gdz в4<с*о.„оа, за4Мдо t>zro 5ot2 .
Gd Ga О . Ca(5t Ge О (2.5-300 К), Gd Ca Ga Mg Zr О ,
а 3 її' Э 2 a 12 »*'»lrvuv' "" 2.Л q.4 4.1 ^O.iS 0.O9 12*
GdSc Ga О , Gd Sc Ga О , Ca Nb Ga О ", Y Al О ,
э і.а 3.4 12* ». і.? a.a *2* а і. as a. as 12* a 9 12"
Y Lu AlO» Y Lu AiO.XLu- AIO.Y Lu AlO,
2.30.3 si«* x.za o.ra з t« * * з-і a* 1.3.1.3 312'
vti.uiAisott, yo 3Lua.„AiaoiJt, L4,ai8oi2 (5-300 К) в температурном интервале 2,5-300 К, 5-300 К. Для образцов трех соединений: GdeGaeoia, YsAisoii, uu^ai^^ была измерена теплоемкость, в интервале 300-675 К. По значениям теплоємкостей определены температурные зависимости термодинамических функции перечисленных выше веществ, а также некоторые характеристики прочности межатомной связи.
Научная новизна. Дяя большинства исследованных веществ измерения теплоемкости в широком температурном интервале ( 2,5-300 К, 5-300 К ) выполнены впервые. В литературе имеются данные исследования
ТеаХОеМКОСТИ ТОЛЬКО ДЛЯ СОеДИНеНИЙ Gd Ga О И Y А1 О . ВШрВЫе 0П-
- a -
еделены температурные зависимости термодинамических функция ' (энтро-ии, энтальпии, свободной энергии Гиббса) в интервале 5-300 К. а для <з Ga о . y лі о и li^ai^o^ в интервале 5-675 К. Определены стан-артные значения термодинамических функция.
Вычислены такта характеристики прочности меаатомноа связи, как емпература Дзбая, те* и среднеквадратичные динамические смешения и* атомов из положения равновесия. По величине те* оценены значения эмператур плавления гранатов.
В температурном интервале 2,5-20 К, 5-20 К для кристаллов грана-эв, содержащих ионы гадолиния еа3" , оценены величины нерешеточного клада в теплоемкость, интерпретируемого как магнитный вклад, связанна с переходом кристалла из антиферрсмагнитного состояния в парамаг-лтное, найдены их температурные зависимости.
Практическая ценность. Полученные результаты по теплоемкости гра этов и значения термодинамических функции этих веществ в широком ин-фвале температур могут быть использованы при термодинамических и >рмохимических расчетах систем, содержащих эти гранаты. Результаты шерениа теплоемкости исследованных гранатов переданы в качестве андартных справочных данных для использования в автоматизированной ютеме "ИВТАЕГЕРМО".'
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на III Все
юзной конференции "Термодинамика и полупроводниковое материаловеде-
э" (Москва, 1988), XI Всесоюзной конференции по калориметрии и хи-
ческой-термодинамике (Новосибирск, 1986), iv Всесоюзной конференции
термодинамике и материаловедению полупроводников (Москва, 1989).
Публикации. По основным результатам проведенных исследований опу иковано 3 статьи и 3 доклада на Всесоюзных конференциях (тезисы).
Общий ооьем диссертации составляет 168 страниц машинописного кета, включая список использованной литературы (123 наименования), рисунка и 51 таблицу.
