Виявлення специфічних механізмів перенесення тепла у молекулярних кристалах та їхніх розчинах при температурах порядку і вище дебаєвських в орієнтаційно-впорядкованих та орієнтаційно-невпорядкованих фазах молекулярних кристалів з фазовими переходами.
Аннотация к работе
Виявилося, що в області температур порядку й вище дебаєвських, теплове розширення кристалу саме по собі приводить до суттєвої зміни теплопровідності, і закон 1/T приблизно виконується лише в ізохорних умовах. Дослідження, які були виконані нещодавно щодо ізохорної теплопровідності простих молекулярних кристалів, дозволили встановити загальні закономірності переносу тепла, повязані з наявністю обертальних ступенів свободи молекул, при температурах порядку й вище дебаєвських (T ? QD). Концепція нижньої межі теплопровідності виходить із положення, згідно з яким Lmin досягається у випадку, коли тепло переноситься шляхом дифузії теплової енергії між сусідніми квантово-механічними осциляторами, час життя яких вважається близьким до половини періоду коливань. У процесі переходу від сильно загальмованого до слабко загальмованого обертання молекул трансляційно-орієнтаційна взаємодія слабшає, і ізохорна теплопровідність, як правило, зростає при збільшенні температури внаслідок ослаблення розсіювання фононів на обертальних збудженнях молекул. Зокрема, це стосувалося поведінки ізохорної теплопровідності при переході з орієнтаційно-впорядкованої в орієнтаційно-невпорядковану фазу одного й того ж молекулярного кристалу, а також у деяких специфічних випадках, як, наприклад, одноосьове обертання молекул та вплив атомарної домішки на теплопровідність молекулярного кристалу.Установка, яка була використана в дійсній роботі, хоча й запозичує загальні конструктивні рішення, істотно розширює область досліджень ізохорної теплопровідності як по температурі (25-300 К), так і по тискові (до 800 МПА). Сумарна систематична похибка вимірів була домінуючою й не перевищувала 4% для теплопровідності й 0.2% для обєму. Раніше було виявлено, що ізохорна теплопровідність CO2 і N2O відхиляється від залежності L?1/T (або W?T) значно сильніше, ніж в отверділих інертних газах, і це повязано з наближенням теплопровідності до своєї нижньої межі. Ізохорна теплопровідність N2 та CO була досліджена як в орієнтаційно-впорядкованих так і в орієнтаційно-невпорядкованих фазах. Вперше були розраховані внески фононів та «дифузних» мод у теплопровідність (рисунки 3 і 4).У дисертаційній роботі вирішено проблему виявлення механізмів перенесення тепла в кристалах з фазовими переходами з орієнтаційно-впорядкованої в орієнтаційно-невпорядковану фазу, та в деяких специфічних випадках обертання молекул навколо вибраної осі, а також детально досліджено незвичний ефект впливу сферичних домішок інертних газів на теплопровідність молекулярних кристалів. Основні результати роботи можуть бути сформульовані наступним чином: Показано, що в орієнтаційно-впорядкованих фазах N2 і CO значні відхилення ізохорної теплопровідності від залежності ??1/T при температурах нижче ??? переходу обумовлені наближенням теплопровідності до своєї нижньої межі. Слабке зростання ізохорної теплопровідності, яке виявлено в орієнтаційно-невпорядкованих фазах N2 і CO, пояснено ослабленням розсіювання фононів на флуктуаціях ближнього орієнтаційного порядку. Вперше розраховано відповідні внески фононів і «дифузних» мод у теплопровідність як в орієнтаційно-впорядкованих, так і в орієнтаційно-невпорядкованих фазах N2 і CO.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ
Вывод
У дисертаційній роботі вирішено проблему виявлення механізмів перенесення тепла в кристалах з фазовими переходами з орієнтаційно-впорядкованої в орієнтаційно-невпорядковану фазу, та в деяких специфічних випадках обертання молекул навколо вибраної осі, а також детально досліджено незвичний ефект впливу сферичних домішок інертних газів на теплопровідність молекулярних кристалів. Основні результати роботи можуть бути сформульовані наступним чином: Показано, що в орієнтаційно-впорядкованих фазах N2 і CO значні відхилення ізохорної теплопровідності від залежності ??1/T при температурах нижче ??? переходу обумовлені наближенням теплопровідності до своєї нижньої межі. Слабке зростання ізохорної теплопровідності, яке виявлено в орієнтаційно-невпорядкованих фазах N2 і CO, пояснено ослабленням розсіювання фононів на флуктуаціях ближнього орієнтаційного порядку. Вперше розраховано відповідні внески фононів і «дифузних» мод у теплопровідність як в орієнтаційно-впорядкованих, так і в орієнтаційно-невпорядкованих фазах N2 і CO.
Вперше досліджено ізохорну теплопровідність ?-фази кисню на зразках різної густини. Спостерігалося збільшення теплопровідності при підвищенні температури подібно тому, як це мало місце в орієнтаційно-невпорядкованих фазах інших молекулярних кристалів. Ефект, який спостерігали, пояснено ослабленням розсіювання фононів на локальних обертальних і магнітних збуреннях у міру згасання кореляцій.
Вперше отримано дані про ізохорну теплопровідність твердого етану й гексафторетану. Показано, що при температурах порядку й вище дебаєвської термічно активоване обертання метильних груп у твердому етані (C2H6) не призводить до будь-яких особливостей у поводженні теплопровідності. У той же час у пластичній фазі гексафторетану (C2F6), де має місце загальмоване обертання навколо осі С-С, спостерігалося зростання ізохорної теплопровідності зі збільшенням температури. Зроблено висновок, що в певних випадках розгальмовування обертового руху молекул навколо обраної осі приводить до збільшення теплопровідності при підвищенні температури, як і обертання молекули як цілого.
Досліджено нетиповий ефект впливу сферичних домішок інертних газів на ізохорну теплопровідність молекулярних кристалів при температурах порядку й вище дебаєвської (на прикладі твердих розчинів CO2/Kr і CO2/Xe). Вперше виявлено зміну ходу температурної залежності теплопровідності. Ефект пояснено розгальмовуванням обертового руху молекул CO2 у таких розчинах при передплавильних температурах.
Список литературы
1. Konstantinov V.A., Manzhelii V.G., Revyakin V.P. and Sagan V.V. Isochoric thermal conductivity of solid nitrogen / V.A. Konstantinov, V.G. Manzhelii, V.P. Revyakin and V.V. Sagan // ФНТ. 2005. Т. 31, № 5. С. 553-557.
2. Manzhelii V.G., Konstantinov V.A., Revyakin V.P., Sagan V.V. and Pursky O.I. Isochoric thermal conductivity of solid carbon oxide: the role of phonons and “diffusive”modes / V. G. Manzhelii, V.А. Konstantinov, V. P. Revyakin, V.V. Sagan and O.I. Pursky // J. Phys.: Condens. Matter. 2006. V. 18, P. 9901-9909.
3. Konstantinov V.A., Manzhelii V.G., Revyakin V.P. and Sagan V.V. Heat Transfer in ?-Phase of Oxygen / V.A. Konstantinov, V.G. Manzhelii, V.P. Revyakin and V.V. Sagan // J. Low Temp. Phys. 2005. V.139, № 5/6. P. 703-709.
4. Константинов В.А., Ревякин В.П., Саган В.В. Вращение метильных групп и теплопроводность молекулярных кристаллов: этан / В.А. Константинов, В.П. Ревякин, В.В. Саган // ФНТ. 2006. Т. 32, № 7. С. 905 - 912.
6. Konstantinov V.A., Manzhelii V.G., Revyakin V.P. and Sagan V.V. Extraordinary temperature dependence of isochoric thermal conductivity of crystalline CO2 doped with inert gases / V.A. Konstantinov, V.G. Manzhelii, V.P. Revyakin and V.V. Sagan // ФНТ. 2006. Т. 32, № 11. С. 1414 - 1416.
7. Константинов В.А., Ревякин В.П., Саган В.В. Изохорная теплопроводность твердого азота / В.А. Константинов, В.П. Ревякин, В.В. Саган // Тезисы доклада на конференции молодых ученых «Физика низких температур». Харьков (Украина). 2004. С. 33.
8. Manzhelii V.G., Konstantinov V.A., Revyakin V.P. and Sagan V.V. Isochoric thermal conductivity of solid nitrogen / V.G. Manzhelii, V.A. Konstantinov, V.P. Revyakin and V.V. Sagan // In thesis of 9th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter. St.Petersburg (Russia). 2004. P. 224.
9. Manzhelii V.G., Konstantinov V.A., Revyakin V.P. and Sagan V.V. Heat transfer in solid N2 / V.G. Manzhelii, V.A. Konstantinov, V.P. Revyakin, and V.V. Sagan // In thesis of 5th International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals. Wroclaw (Poland). September 2004. P. 85.
10. Manzhelii V.G., Konstantinov V.A., Revyakin V.P. and Sagan V.V. Isochoric thermal conductivity of ?-O2 / V.G. Manzhelii, V.A. Konstantinov, V.P. Revyakin and V.V. Sagan // In thesis of 5th International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals. Wroclaw (Poland). September 2004. P. 86.
11. Константинов В.А., Ревякин В.П., Саган В.В. Вращение метильных групп и теплопроводность молекулярных кристаллов: этан С2Н6 / В.А. Константинов, В.П. Ревякин, В.В. Саган // Тезисы доклада на конференции молодых ученых «Физика низких температур». Харьков (Украина). 2005. C. 26.
12. Константинов В.А., Манжелий В.Г., Ревякин В.П., Саган В.В. Теплопроводность молекулярных кристаллов с внутренним вращением метильных групп: этан / В.А. Константинов, В.Г. Манжелий, В.П. Ревякин, В.В. Саган // Тезисы доклада международной конференции «Физика конденсированного состояния вещества при низких температурах». Харьков (Украина). 2006. С. 136-138.
13. Manzhelii V. G., Konstantinov V.А., Revyakin V. P., Sagan V.V. and Pursky O.I.. Contribution of phonons and “diffusive”modes to thermal conductivity of solid carbon oxide / V. G. Manzhelii, V.А. Konstantinov, V. P. Revyakin, V.V. Sagan and O.I. Pursky // In thesis of 6th International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals. Kharkov (Ukraine). September 2006. P. 46.
14. Manzhelii V. G., Konstantinov V.А., Revyakin V. P. and Sagan V.V. Rebreaking of molecular reorintations in CO2/Kr and CO2/Xe solid. solutions: Thermal conductivity studies / V.G. Manzhelii, V.A. Konstantinov, V.P. Revyakin and V.V. Sagan // In thesis of 6th International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals. Kharkov (Ukraine). September 2006. P. 106.
15. Konstantinov V.А., Revyakin V. P., Sagan V.V. and Pursky O.I.. Heat transfer by phonons and «diffusive» modes in the nitrogen-type crystals / V.А. Konstantinov, V. P. Revyakin, V.V. Sagan and O.I. Pursky // In thesis of Third International Conference on Material Science and Condensed Matter Physic. Chisinau (Moldova). October 2006. P. 207.
16. Константинов В.О., Ревякін В.П., Саган В.В. Ізохорна теплопровідність твердого гексафторетану / В.О. Константинов, В.П. Ревякін, В.В. Саган // Тези доповіді на конференції студентів і молодих науковців «Еврика». Львів (Україна). 2007. С. В16.
17. Константинов В.А., Ревякин В.П., Саган В.В. Изохорная теплопроводность в «пластической» фазе гексафторэтана / В.А. Константинов, В.П. Ревякин, В.В. Саган // Тезисы доклада на конференции молодых ученых «Физика низких температур». Харьков (Украина). 2007. C. 41.
18. Konstantinov V., Revyakin V., Sagan V. and Pursky O. Contributions of Phonons and "Diffusive" Modes To Thermal Conductivity of Nitrogen-Type Crystals / V. Konstantinov, V. Revyakin, V. Sagan and O. Pursky // In thesis of 12th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter, Phonons 2007. Paris (France). 2007. P. 153.
19. Konstantinov V., Manzhelii V., Revyakin V. and Sagan V. Heat Transfer in the Orientationally- Disordered Phase of Hexafluoroethane / V. Konstantinov, V. Manzhelii, V. Revyakin, and V. Sagan // In thesis of 12th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter, Phonons 2007. Paris (France). 2007. P. 154.