Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Коэффициенты теплопроводности cилицидов марганца

31.05.2019


Сведения о теплопроводности силицидов марганца весьма скудны. Так, согласно Нешпору, изучавшему характеристики силицидов многих переходных металлов с помощью модернизированного метода Иоффе, полная теплопроводность силицидов марганца (Л) при 40° С относительно мало меняется с составом (табл. 5).

Однако вклад в перенос тепла электронной Ле и решеточной Лреш составляющих оказывается существенно различным. Для его оценки автор применял закон Видемана — Франца — Лоренца и результаты ранее выполненных измерений электропроводностей силицидов. Полученные при этом результаты (Ле=LoT, где L = 2,45*10в-8 вт*ом/град2; Лреш = Л—Ле) приведены выше. Необходимо, однако, относиться к ним с осторожностью, поскольку сведения об электропроводности, использованные Нешпором, недостаточно хорошо согласуются с данными других авторов. В частности, это видно из того, что согласно oMn3Si : oMn5Si3 : oMnSi : oMnSi1,8 = 1 : 0,62 : 0,82 : 0,33, в то время как, например, по данным Коршунова, это отношение равно 1:0,15:0,70:0,058, а по результатам Никитина 1:0,20:0,50:0,04. В связи с этим хотелось отметить неоправданно большой вклад в теплопроводность полупроводникового высшего силицида марганца электронной составляющей. То же, по-видимому, относится и к Mn5Si3.
Коэффициенты теплопроводности cилицидов марганца

Одновременно отметим недопустимость расчленения X на Ле и Лреш по данным, полученным на разных материалах. Это относится и к металлам, и тем более к полуметаллам и полупроводникам.

Воронов, Дудкин и Трусова изучали анизотропию теплопроводности монокристаллов высшего силицида марганца при 20° С. Согласно их данным, коэффициенты теплопроводности вдоль оси с и в перпендикулярном направлении составляют 2,93 и 4,60 вт/(м*град) соответственно. Таким образом, их данные оказались в 2—3 раза меньшими, чем найденные в работе. Связано ли это с различной точностью измерений или с присутствием в препарате MnSi1,8, изученном в последней работе, избыточных кристаллов кремния неясно. Последнее, впрочем, маловероятно, поскольку даже для сплава, по составу соответствующего формуле MnSi2, А.В. Иоффе нашла Л=6,28 вт/(м*град). Близкое значение для однофазного препарата MnSi1,7 было установлено методом Иоффе также и Дубровиной: Л = 5,45 вт/(м*град).

Наконец, отметим, что согласно результатам измерений А.В. Иоффе, для моносилицида марганца Л = 4,18 вт/ (м*град).

Таким образом, известные до настоящего времени данные о теплопроводности силицидов марганца не отличаются высокой точностью и могут рассматриваться лишь как оценочные.

В последнее время Островский, Дмитриев и Кренцис исследовали термические и электрические свойства однофазного препарата моносилицида марганца между 70 и 750° К. При этом выяснилось, что теплопроводность MnSi медленно, но по сложному закону растет с повышением температуры от 8 вт/(м*град) при 70° К до 13 вт/ (м* град) при 750° К. При этом в области низких температур вклад электронной теплопроводности, оцененный по правилу Видемана-Франца-Лоренца, не превышает 20—25%, в то время как вблизи 750° К достигает 60%. Кроме того, анализ температурной зависимости решеточного теплосопротивления показал, что наибольшее значение при всех температурах имеет рассеяние фононов на электронах, а при высоких температурах еще и на дефектах. Роль же фонон-фононного взаимодействия, линейно растущего с изменением температуры, остается в изученном интервале температур второстепенной.

Большой интерес представляют результаты, полученные Никитиным и соавторами при изучении электрических и тепловых свойств высшего силицида марганца в области температур от 4,2 до 1300° К. Они позволили установить основные транспортные характеристики MnSi1,7 и механизмы рассеяния в нем электронов и фононов. Соответствующий материал будет использован при обсуждении энергетического спектра электронов в гл. III. Пока же отметим, что по их данным при комнатной температуре Л = 4,2 вт/ (м*град), т. е. составляет величину, примерно вдвое меньшую установленной в работе.

Близкие результаты в последнее время были получены также Островским и Кренцисом, изучившими теплопроводность однофазного препарата MnSi1,73 между 60 и 900° К. При этом выяснилось, что так же, как и в случае VSi2, здесь наблюдается заметное ее уменьшение лишь в области низких температур: Л60 = 9,3; Л100 = 5,6; Л150 = 4,2 вт/(м*град), в то время как между 150 и 360° К коэффициент теплопроводности практически не зависит от температуры и близок к 4 вт/(м*град). Выше 400° К коэффициент теплопроводности незначительно растет, достигая величины 5,2 вт/(м*град) при 900° К.

Электронная теплопроводность MnSi1,73, установленная с помощью закона Видемана-Франца-Лоренца, оказалась весьма небольшой и не превышала (при всех температурах) 5% от общей теплопроводности. Что касается решеточной теплопроводности, то оказалось, что она меняется с ростом температуры по экстремальному закону, достигая минимума при 160° К.

Как отмечалось в работе Никитина и соавторов, вид зависимости Л(T) или теплосопротивления Wр(T) дает основание полагать, что размеры дефектов в решетке MnSi1,73 таковы, что длинноволновые фононы могут их беспрепятственно огибать, а коротковолновые при этом рассеиваются. С понижением температуры, когда роль коротковолновых фононов, участвующих в процессе рассеяния, уменьшается, теплопроводность растет (а Wр убывает).

Большая анизотропия как электронной, так и решеточной составляющих теплопроводности высшего силицида марганца отмечена в работе. Так, электронная теплопроводность при комнатной температуре составляет 0,2 вт/(м*град) для направления [001] и 0,55 вт/(м*град) для направления [100]. Решеточная теплопроводность соответственно равна 1,9 и 3,75 вт/(м*град). При этом следует иметь в виду, что исследованные монокристаллы высшего силицида содержали тонкие прослойки, по-видимому, кремния, расположенные перпендикулярно оси [001].


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: