WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Несмотря на достаточно грубую оценку величин n По-прежнему для простоты будем полагать, что все и (в расчетах полагалось, что в исследованном „толстые“ каналы биокомпозита заполнены кремнием.

образце имеет место упорядоченное расположение каналов, заполненных кремнием, и сохраняется равенство При измерении (T ) ток в образце с такой структурих диаметров и расстояний между этими каналами по ной схемой будет преимущественно распространяться всему сечению образца) все же можно было попытаться по „боковым“ каналам, заполненным Si, по так наизвлечь из них некоторые полезные выводы. зываемым „электрическим“ мостикам (см., например, 1) Основные вклады в поведение (T ) и (T ) в распространение тока I1 по такому „мостику“ на рис. 4), 3C-SiC/Si дают соответственно кремний, расположенный поскольку, как отмечалось выше, для Si при 300 K Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Анизотропия теплопроводности и удельного электросопротивления биоморфного композита SiC/Si... 10-3 · cm [20], а слоев био-3C-SiC при той же биокомпозита 3C-SiC/Si, составляла при 300 K с учетом температуре равно 0.7 · cm [19]. пористости образца 113 W/m · K [20].

c Предложенная модель строения биокомпозита может Величина для исследованного в настоящей ра объяснить неприменимость формулы (4) для описания боте образца, определенная по формуле (5), оказалась поведения (T ), так как для структурной схемы, пред- равной 121 W/m · K, а полученная экспериментально с ставленной на рис. 4, следует, вероятно, уже использоучетом пористости (рис. 1) 96 W/m · K.

вать для определения (T ) формулу (3).

Таким образом, различие между расчетными и экспеПредложенная схема (рис. 4) может объяснить также риментальными значениями не очень большое, оно и большой разброс от образца к образцу величины, связано, вероятно, на эксперименте с существованием поскольку в различных образцах исходной биоматрицы дополнительного теплового сопротивления на границах число „боковых“ каналов и образующихся при этом раздела фаз Si и 3C-SiC в биокомпозите 3C-SiC/Si, „электрических“ мостиков может быть различным. Вео природе возникновения которого уже упоминалось личина будет больше в образцах с меньшим числом ранее.

„боковых“ каналов по сравнению с образцами, у котоc Вклад в величину, вычисленную по формуле (5), рых таких каналов будет больше.

вносят оба материала, принимающие участие в конВсе указанное выше не будет противоречить повеструировании биокомпозита, но все же больший вклад дению электрического тока при наличии в композите вносит 3C-SiC.

„боковых“ каналов, заполненных кремнием, и для более Необходимо отметить интересный факт. При 300 K реальной схемы биокомпозита, когда наряду с полноc расчетное значение составляет 121 W/m · K, а экспе стью или частично заполненными кремнием „толстыми“ риментальная величина для этого же образца (рис. 1), каналами в материале имеются и пустые каналы. Однако полученная с учетом его пористости, равна 126 W/m · K, пути тока по „электрическим“ мостикам в этом случае так что обнаруженная ранее анизотропия для теплобудут более сложными.

проводности этих образцов наблюдается лишь на эксПредложенная усложненная геометрическая картина перименте. Она отсутствует, если рассматривать данные строения биоморфного композита (рис. 4) может объясc для, полученные экспериментально, и, рассчитан нить также слабую чувствительность к особенностям ные с помощью формулы (5).

структуры композита, связанным с наличием в образцах тонких „боковых“ каналов, заполненных Si. В отличие от случая, когда Si SiC и электрический ток при измерении стремится протекать по „электрическим“ мостикам из Si, в случае лишь незначительно преSi вышает (особенно при низких температурах [8,20]).

SiC При высоких температурах уже не сильно отличаетSiC ся от кремния, находящегося в каналах биокомпозита Si 3C-SiC/Si [8,20]. Поэтому возможный тепловой поток по „боковым“ каналам биокомпозита не будет сильно влиять на поведение (T ) этой системы.

В результате полученные данные для биокомпозита 3C-SiC/Si более близки к реальной величине анизотропии для этого параметра по сравнению с. Этот вывод c подтверждается и проведенными нами расчетами с помощью формулы (5), полученной в [2] для искусственной анизотропной модели материала, совпадающей со схемами, приведенными на вставках к рис. 1 и 2.

=(n + 1) · (1/ + n/ )-1, (5) 1 где n, как уже отмечалось ранее, равно отношению dSi/dSiC (рис. 2, a), а и — соответственно значе1 ния теплопроводностей био-3C-SiC и Si. При расчетах использовалась для параметра n величина, полученная c нами ранее из данных для. Расчеты проводились для температуры 300 K. для кремния, расположенSi Рис. 5. Температурные зависимости (T ) образцов биоморфного в каналах биокомпозита 3C-SiC/Si, полученного ного композита 3C-SiC/Si с различными концентрациями Si:

на основе биоматрицы белого эвкалипта, согласно [20], 1 — 18 [8] и 2 — 30 vol.% (настоящая работа). 1, 1 и при 300 K была 156 W/m · K. Теплопроводность био- и 2 — соответственно значения (T ) без учета и с учетом 3C-SiC, полученного путем химического удаления Si из пористости образцов.

4 Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 2162 Л.С. Парфеньева, Т.С. Орлова, Б.И. Смирнов, И.А. Смирнов, H. Misiorek, J. Mucha, A. Jezowski...

Рис. 6. Температурные зависимости фононной теплопроводности образцов биоморфного композита 3C-SiC/Si. a и b — соответственно для композита с концентрацией Si 30 и 18 [8] vol.%. 1, 1 и 2, 2 — соответственно значения (T ) без учета и с учетом пористости образцов.

3.2. О ц е н к а в л и я н и я Si н а в е л и ч и н у и меньше, а больше, чем у образца с конценв б и о к о м п о з и т е 3C-SiC/Si. На рис. 5 и 6 приведены трацией Si 18 vol.%. Таким образом, у биокомпозита экспериментальные данные, полученные в настоящей и 3C-SiC/Si, приготовленного на основе биоуглеродной в нашей предыдущей работе [8], для и у образцов матрицы белого эвкалипта, поведение исследованных биокомпозита 3C-SiC/Si, приготовленных на основе био- параметров (, ) коррелирует с концентрацией Si в углеродной матрицы белого эвкалипта с содержанием образцах.

кремния соответственно 30 и 181 vol.%. Такой закономерности в поведении в биокомпозите Значения и на этих рисунках приведены без 3C-SiC/Si, приготовленном на основе биоуглеродной учета (кривые 1 и 2) и с учетом (кривые 1 и 2 ) матрицы дерева сапели, не наблюдалось [6]. Возможно, пористости исследованных образцов. Учет пористости это связано с особенностями канальной структуры исдля и проводился соответственно по формулам (1) ходного дерева сапели.

и (2). В заключение можно сделать следующие выводы о На рис. 7 на основании результатов, представленых поведении и в биокомпозите 3C-SiC/Si, пригона рис. 5 и 6, проводится сравнение данных для товленном на основе биоуглеродной матрицы белого и (полученных с учетом пористости) для образцов эвкалипта.

3C-SiC/Si с концентрацией Si 30 и 18 vol.%. Как видно 1) Определена величина анизотропии теплопроводноиз этого рисунка, у образца с концентрацией 30 vol.% сти. Она уменьшается с повышением температуры от 1.(при 50 K) до 1.2 (при 300 K). Наблюдающийся разброс По пересчитанным уточненным данным концентрация Si и велиданных для анизотропии удельного электросопротивлечина пористости в образце, исследованном в [8], составляют соответственно 18 и 25 vol.% ния может быть связан с более сложной структурой Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Анизотропия теплопроводности и удельного электросопротивления биоморфного композита SiC/Si... мостиков между „толстыми“ каналами и оказывающие существенное влияние на величину.

2) Оценено влияние кремния на величину и.

Показано, что у образцов с концентрацией кремния 30 vol.% меньше, а больше, чем у образцов с концентрацией кремния 18 vol.%.

Авторы выражают благодарность Н.Ф. Картенко и Н.В. Шаренковой за проведение рентгеноструктурных исследований образцов.

Список литературы [1] A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, P. Gonzalez, C. Dominguez, V. Fernando-Quero, M. Singh. Int. J. Appl.

Cer. Technol. 1, 1 (2004).

[2] В.П. Бабин, Т.С. Гудкин, З.М. Дашевский, Л.Д. Дудкин, Е.К. Иорданишвили, В.И. Кайданов, Н.В. Коломоец, О.М. Нарва, Л.С. Стильбанс. ФТП 8, 748 (1974).

[3] Б.И. Смирнов, Ю.А. Буренков, Б.К. Кардашев, F.M. VarelaFeria, J. Martinez-Fernandez, A.R. de Arellano-Lopez. ФТТ 45, 456 (2003).

[4] Б.К. Кардашев, Ю.А. Буренков, Б.И. Смирнов, A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, R. Sepulveda. ФТТ 46, 1811 (2004).

[5] Б.К. Кардашев, А.С. Нефагин, Б.И. Смирнов, A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, R. Sepulveda. ФТТ 48, 1617 (2006).

[6] T.S. Orlova, B.I. Smirnov, A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, R. Sepulveda. ФТТ 47, 220 (2005).

[7] А.И. Шелых, Б.И. Смирнов, Т.С. Орлова, И.А. Смирнов, A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, F.M. VarelaFeria. ФТТ 48, 214 (2006).

[8] Л.С. Парфеньева, Т.С. Орлова, Н.Ф. Картенко, Б.И. Смирнов, И.А. Смирнов, H. Misiorek, A. Jezowski, F.M. VarelaFeria, J. Martinez-Fernandez, A.R. de Arellano-Lopez. ФТТ 47, 1175 (2005).

[9] А.И. Шелых, Б.И. Смирнов, И.А. Смирнов, A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, F.M. VarelaFeria. ФТТ 48, 202 (2006).

[10] F.M. Varela-Feria. Ph.D. Thesis. Universidad de Sevilla (2004).

[11] A. Jezowski, J. Mucha, G. Pompe. J. Phys. D: Appl. Phys. 20, 1500 (1987).

[12] Э.А. Бельская, А.С. Тарабанов. В сб.: Теплофизические свойства твердых тел. Наукова думка, Киев (1971). С. 111.

[13] A.L. Loeb. J. Appl. Phys. 22, 252 (1951).

[14] Е.Я. Литовский. Изв. АН СССР. Неорган. материалы 16, 559 (1980).

Рис. 7. Температурные зависимости фононной теплопроводно- [15] Н.В. Лугуева, С.М. Лугуев. ТВТ 42, 58 (2004).

[16] A.E. Romanov. Z. Metallkunde 96, 455 (2005).

сти (a) и удельного электросопротивления (b) образцов [17] R.C. Vilela, R.N. Costa Filho, E.F. Nobre, V.N. Friere, биоморфного композита 3C-SiC/Si с учетом их пористости. E.L. Albuquerque. Phys. Rev. B 68, 033 307 (2003).

и 2 — соответственно для образцов с концентрацией Si [18] M.A. Ansari, A. Kumar, B.K. Srivastava. Phys. Stat. Sol. (b) и 18 [8] vol.%.

119, 113 (1983).

[19] Т.С. Орлова, Д.В. Ильин, Б.И. Смирнов, И.А. Смирнов, A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, R. Sepulбиокомпозита, в которой наряду с „толстыми“ питаveda. ФТТ 49 (2007), в печати.

тельными каналами исходного дерева, вытянутыми в [20] Л.С. Парфеньева, Т.С. Орлова, Б.И. Смирнов, И.А. Смирнов, H. Misiorek, J. Mucha, A. Jezowski, A.R. de Arellanoнаправлении роста дерева и заполненными кремнием, Lopez, J. Martinez-Fernandez, R. Sepulveda. ФТТ 49 (2007), имеются и „боковые“ более тонкие каналы, также заполв печати.

ненные кремнием, выполняющие роль „электронных“ 4 Физика твердого тела, 2006, том 48, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.