Metall oksidlarining silikat shishaga diffuziyasi

II BOB. TADQIQOD USULLARI

Tadqiqot usullari. Legirlangan silikat shishaning elektr o‘tkazuvchanligi va termoeyuksi keng temperaturalar oralig‘ida (77-1223 K) o‘lchandi, optik va infraqizil (IQ) spektrlardan, differensial termo -(DTA) va termogravimetrik (TGA), elektron mikrozond analizlaridan foydalanildi, shisha va ligaturaning tuzilishi rentgen nurlari difraksiyasi va EXAFS usullari bilan legirlangunga qadar va undan keyin o‘rganildi, ligatura atomlarining shishaga diffuziyasi hamda temperatura o‘zgarishi jarayonida kirishma zonachasining harakati modellashtirildi.

Dissertatsiya tadqiqotining ilmiy yangiligi quyidagilardan iborat:

silikat shishalarda yangi fizikaviy hodisa - solishtirma qarshilik va termoeyuk koeffitsientining T > 1000 K da keskin (shisha tarkibiga qarab mos ravishda 10 va 100 martagacha) oshishi - aniqlangan;

silikat shisha tarkibida o‘lchami 1-2 nm bo‘lgan nanokristallar mavjudligi va ularda yuqori temperaturada struktura o‘tishlari yuz berishi tajribada isbotlangan;

legirlangan shishada zaryad sizib o‘tish sathlari (yo‘llari) shakllani-

shining diffuziyaviy mexanizmi taklif qilingan va tajribada isbotlangan;

legirlangan shishada sizib o‘tish bo‘sag‘asining pasayishi yoki umuman ko‘rinmay qolishi diffuziya va sizib o‘tish qonuniyatlarining birgalikdagi faoliyati natijasi ekanligi ko‘rsatilgan;

shisha tarkibi va ligatura turi, legirlash temperaturasi va
davomiyligining sizib o‘tish bo‘sag‘asi va o‘tkazuvchanlik qiymatiga ta’siri
ligatura zarrachalari atrofida diffuziya zonasi hosil bo‘lishining va bu zonada shishaning o‘z o‘tkazuvchanligi σ ≈ 10^-16 Om^-1sm^-1 dan 40-400 Om^-1sm^-1 gacha oshishi oqibati ekanligi asoslangan;

legirlangan shisha elektr o‘tkazuvchanligining mexanizmi taklif
qilingan va tajribada isbotlangan, bunda o‘tkazuvchanlikning 0,015-1123 K
oralig‘ida temperatura bo‘ylab o‘zgarishi kirishma zonachasi bilan
nanokristallarning birgalikdagi faoliyati natijasi ekanligi hamda bu
jarayonda elektronlar va fononlar o‘zaro ta’sirining ahamiyati aniqlangan;

legirlangan shishada T ≈ 77-700 K oralig‘ida solishtirma qarshilik minimumi paydo bo‘lishi kirishma zonasining shisha valent zonasi bilan qo‘shilib ketishi, undan keyin paydo bo‘ladigan “metall” holati (ρ~ T yoki ρ ~ T²) esa elektronlarning fononlarda yoki o‘zaro sochilishi oqibati ekanligi asoslangan;

elekr o‘tkazuvchanligi 40-400 Om^-1sm^-1, issiqlik o‘tkazuvchanligi 0,5-1 Vt·m^-1K^-1 va 800-1000 K oralig‘ida termoeyuk koeffitsienti S = 1,1 mV/K bo‘lganligi legirlangan silikat shishaning termoelektrik samaradorligi yuqoriligiga olib kelishi ko‘rsatilgan.

Tadqiqotning amaliy natijalari keng tarqalgan va xavfsiz xomashyodan tayyorlanadigan legirlangan silikat shisha asosida quyosh energetikasi va energetik chiqindilardan foydalanishga kerakli termoelektrik o‘zgartgichlar uchun istiqbolli, arzon va samarali termoelektrik materiallar yaratish mumkinligidan iborat.

Olingan natijalarning ishonchliligi tajriba sharoitlari

batafsil tahlil qilingani, zamonaviy tadqiqot usullari va yuqori
aniqlikdagi o‘lchov asboblari tanlangani, tajriba natijalari sinchkovlik
bilan qayta ishlangani; xulosalar atomlarning qattiq jismlarda
diffuziyasiga, energetik zonalar modellariga, zaryad tashuvchilar
lokallashuvi va kristallarda struktura o‘tishlariga bag‘ishlangan nazariy
ishlarning asosiy holatlariga mos kelishi, kondensatlangan holat
fizikasidagi va termoelektrik hodisalar haqidagi mavjud tushunchalarga
zid emasligi bilan tasdiqlangan.

Tadqiqot natijalarining nazariy va amaliy ahamiyati. Shisha
tuzilishi to‘g‘risidagi tasavvurlarning (1-2 nm o‘lchamli nanokristallarning
mavjudligi) tajribada tasdiqlanishi va tadqiqot natijasida yaratilgan
fizikaviy mexanizmlar (sizib o‘tish sathlarining diffuziya oqibatida
paydo bo‘lishi, elektr o‘tkazuvchanlik) legirlangan shishada yuz berayotgan
elektron jarayonlar va turli texnologik omillarning ushbu jarayonlarga
ta’siri haqidagi tushunchalarimizni boyitadi, legirlangan silikat
shishaning xossalarini o‘rganish borasidagi ilmiy tadqiqotlarni yanada
chuqurlashtirish imkonini beradi. Ikkinchi tomondan, bu natijalar
legirlangan shishaning past issiqlik o‘tkazuvchanligini saqlagan holda
elektr o‘tkazuvchanligi va termoeyuk koeffitsientini oshirish yo‘llarini
yoritganligi bilan samarali termoelektrik materiallar yaratishda
muhimdir.

Ushbu tadqiqotlar natijasida legirlangan silikat shisha asosida

yaratilgan va yaratiladigan yangi termoelektrik materiallar keng tarqalgan,

arzon va zararsiz xomashyodan tayyorlanib, Respublikamizning energetik ehtiyojlarini qondirishga keng yo‘l ochib berishi dissertatsiyaning amaliy ahamiyatini ko‘rsatadi.

Solishtirma qarshilikni o’lchashning to’rt zondli usuli Yarimo`tkazgich solishtirma qarshiligini to`rt zondli usul yordamida aniqlash kеng tarqalgan. Ushbu usul yordamida har qanday shakl va o`lchamdagi yarimo`tkazgich solishtirma qarshiligini aniqlash mumkin . Masalan, yarimo’tkazgich quymasining butunlik holida qarshiligini aniqlash yoki ihtiyoriy aniq bir geometrik o’lchamga ega bo’lmagan plastina solishtirma qarshiligini aniqlash va boshqalar. Bunday topshiriqlarni bajarish solishtirma qarshiliklarni aniqlash metodlarining takomillashuviga olib keldi. Quyida yarimo’tkazgich namunasi shakliga bog’liq holda metodning qo’llanilish imkoniyatlarini ko’rib chiqaylik. To’rt zondli metodning tekis sirtli yarimo’tkazgich solishtirma qarshiligini aniqlashda qo’llanilishi. Bunday hol uchun to’rt zondli metodning soddalashtirilgan sxemasini 2.1-rasmda tasvirlanganday tasavvur qilish mumkin. Namuna sirtiga qo’yilgan tashqi zondlar (1 va 4) orqali elеktr toki I14 bеriladi, ichki zondlar (2 va 3) yordamida esa kuchlanish tushuvi U23 o`lchanadi. Zondlar orasidagi s masofa zondlardan namuna chetki sohasiga nisbatai juda kichik. Bu holda berilgan tok zondlar qo’yilgan sirt orqali o’tadi. Natijada elektr maydoni hosil bo’ladi. 1-zond orqali tok o’tishi natijasida r1 radiusda hosil bo’lgan elektr maydon kuchlanganligini 2.2-rasmdagidek tasvirlash mumkin. Bu yerda – tok zichligi, Radius cheksizlikka intilganda ya’ni, bo’lganda ko’rilayotgan maydon potensiali nolga intiladi. Bu hol uchun quyidagi tenglikni yozishimiz mumkin. (2.2) 4-zond uchun ham huddi shunday tenglikni yozishimiz mumkin. (2.4.3) Keltirilgan ifodalar nuqtaviy zaryad potensialiga mos bo’lib, r1 va r4 2(r2). 2-1(r1)+o’lchamdagi 1 va 4-zondlarga tegishli nuqtaviy potensial 27 4(s), ular1(2s)+1(2s), 3-zond potensiali U3=1(s)+zondning potensiali U2= o’rtasidagi potensiallar farqi, (2.4.4) ni aniqlash namunadan o`tayotgan tok I va kuchlanishSolishtirma qarshilik tushuvi U orasidagi bog`lanish orqali aniqlanadi. 2.4.1-rasm. 2.4.2-rasm. Ihtiyoriy shakldagi namunalarning solishtirma qarshiligini aniqlash Ihtoyoriy shakldagi namunalar solishtirma qarshiligini aniqlash uchun Van-der-Pau metodidan foydalaniladi (2.4.3a-rasm). Bu metodda ham 1-4 zondlardan iborat kontaktlar qo’llaniladi. Dastlab, 1 va 2-zondlar orqali tok beriladi, 3 va 4-zondlar yordamida kuchlanish tushuvi o’lchanadi. So’ngra 2 va 3-zondlar orqali tok yuklanib kuchlanish tushuvi 1 va 4-zondlar orqali aniqlanadi. Bu hollar uchun quyidagi ifodalar orqali qarshilik aniqlanadi. va Ular bir-biri bilan quyidagi bog’liqlikka ega. I U I 1 2 3 4 s r0 28 Bu yerda, solishtirma qarshilikni to’g’ridan-to’g’ri R1 va R2 bog’liq holda aniqlab bo’lmaydi. Chunki, namuna ihtiyoriy shaklda ya’ni simmetrik emas. Buning uchun R1/R2 orqali f tuzatish koefisientini aniqlash talab etiladi. f R2koefisienti [1-3] adabiyotlardan olinadi. Shuni ham ta’kidlash joizki, agar R1 bo’lsa, f tuzatish koefisienti R2/R1 orqali aniqlanadi. Bu holda solishtirma qarshilik uchun quyidagi tenglikni keltirish mumkin. yoki (2.4.5) Bu yerda, d – namuna qalinligi. Bu metod tekis sirtli plastinalarning solishtirma qarshiligini aniqlashda ham samarali hisoblanadi. Bunda zondlar 2.4.3b-rasmda tasvirlanganday namuna sirtiga qo’yiladi. O’lchash va hisoblash ishlari yuqoridagidek amalga oshiriladi. 2.4.3-rasm