Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2025, 16 (1), 67–73
Application of the numerical model of temperature-dependent thermal conductivity in Ca1-xYxF2+x heterovalent solid solution nanocomposites
Pavel A. Popov – Petrovsky Bryansk State University, Bryansk, Russia
Alexandr V. Shchelokov – Petrovsky Bryansk State University, Bryansk, Russia
Vasilii A. Konyushkin – Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Andrey N. Nakladov – Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Pavel P. Fedorov – Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Corresponding author: Pavel P. Fedorov, ppfedorov@yandex.ru
DOI 10.17586/2220-8054-2025-16-1-67-73
ABSTRACT A series of Ca1-xYxF2+x solid solution x = 0.0005, 0.003, 0.007, 0.013, 0.02, 0.03, 0.04 single crystals were grown using the Bridgman method. The thermal conductivity of single crystals was measured using the absolute method of longitudinal heat flow in the range of 50 – 300 K. With an increase in the concentration of yttrium fluoride in the solid solution, a transition is observed from the temperature dependence characteristic of single crystals to a monotonically increasing one with increasing temperature, which is characteristic of disordered media. This behavior is associated with the scattering of phonons on nanosized clusters of defects present in the solid solution. Within the framework of a two-component model, including a superposition of thermal resistance coefficients from ordered and disordered media, a system of equations was obtained that provides a quantitative description of the experiment.
KEYWORDS nanocomposite, inorganic fluorides, fluorite, thermal conductivity, phase diagram, heterovalent isomorphism, defect clusters
FOR CITATION Popov P.A., Shchelokov A.V., Konyushkin V.A., Nakladov A.N., Fedorov P.P. Application of the numerical model of temperature-dependent thermal conductivity in Ca1-xYxF2+x heterovalent solid solution nanocomposites. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2025, 16 (1), 67–73.
[In Russian] П.А. Попов, А.В. Щелоков, В.А. Конюшкин, А.Н. Накладов, П.П. Федоров
Применение численной модели температурозависимой теплопроводности в гетеровалентных нанокомпозитах твердого раствора Ca1-xYxF2+x
АННОТАЦИЯ Методом Бриждмена выращена серия монокристаллов твердого раствора Ca1-xYxF2+x (х = 0.0005, 0.003, 0.007, 0.013, 0.02, 0.03, 0.04). Абсолютным методом продольного теплового потока измерена теплопроводность монокристаллов в интервале 50-300 К. При увеличении концентрации фторида иттрия в твердом растворе наблюдается переход от температурной зависимости, характерной для монокристаллов, к монотонно возрастающей с повышением температуры, что характерно для разупорядоченных сред. Такое поведение связывается с рассеянием фононов на наноразмерных кластерах дефектов, присутствующих в твердом растворе. В рамках двухкомпонентной модели, включающей суперпозицию коэффициентов теплового сопротивления от упорядоченной и разупорядоченной сред, получена система уравнений, дающая количественное описание эксперимента.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА неорганические фториды, флюорит, теплопроводность, фазовая диаграмма, гетеровалентный изоморфизм, кластеры дефектов
