najoNanosystems: Physics, Chemistry, MathematicsНаносистемы: физика, химия, математика2220-80542305-7971Университет ИТМОnajo-1441Research ArticleСтатьиPrinciple of equivalency of the disorder sources and heat conductivity of solidsПринцип эквивалентности источников беспорядка и теплопроводность твердых телФедоровП. П.FedorovP. P.

Москва

Moscow

ppfedorov@yandex.ruПоповП. А.PopovP. A.

Брянск

Bryansk

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАНA. M. Prokhorov General Physics Institute RASБрянский Государственный университет им. академика ПетровскогоI. G. Petrovsky Bryansk State University20130109202541148159Copyright © Fedorov P.P., Popov P.A., 20252025Федоров П.П., Попов П.А.Fedorov P.P., Popov P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nanojournal.ifmo.ru/jour/article/view/1441

The correlation between chemical composition and heat conductivity of fluoride materials, including glasses and anti-glasses (heterovalent solid solutions with variable amount of ions in the unit cells), obeys Tretyakov’s principle of equivalency of the disorder sources. Increase of the rare earth element content in M 1−x R x F 2+x (M = Ca, Sr, Ba; R = La–Lu, Y) solid solutions results in a sharp decline of their heat conductivity as well as alters the temperature dependency of the latter parameter. Heat conductivity of M 1−x R x F 2+x , instead of going through its maximum at lower temperature (as it should be for the typical crystalline materials), becomes monotoneous as for glasses. Methods controlling the heat conductivity of the novel materials have been discussed

Принцип эквивалентности источников беспорядка Ю.Д.Третьякова проиллюстрирован на примере влияния химического состава на теплопроводность k фторидных материалов — стекол и антистекол (гетеровалентных твердых растворов с переменным числом ионов в элементарной ячейке). Увеличение содержания редкоземельных элементов в твердых растворах M 1−x R x F 2+x (M = Ca, Sr, Ba; R = La–Lu,Y) приводит не только к резкому падению теплопроводности, особенно при низких температурах, но и к изменению ее температурной зависимости. Начиная с некоторой концентрации температурная зависимость, присущая кристаллическим материалам, с максимумом при низких температурах, превращается в монотонную зависимость k(T), типичную для стекол. Проанализированы основные приемы управления теплопроводностью при конструировании новых материалов.

теплопроводностьстеклагетеровалентный изоморфизмфторидыglassesantiglassesheterovalent isomorphismthermal conductivityfluoridesReferencesТретьяков Ю.Д. Принципы создания новых твердофазных материалов // Неорган. Матер.. — 1985. — Т. 21, № 5. — С. 693–701.Третьяков Ю.Д. Принципы создания новых твердофазных материалов // Неорган. Матер.. — 1985. — Т. 21, № 5. — С. 693–701.Greaves G.N. EXAFS and the structure of glass // J. Non-Crystalline Solids. — 1985. — V. 71. — P. 203–217.Greaves G.N. EXAFS and the structure of glass // J. Non-Crystalline Solids. — 1985. — V. 71. — P. 203–217.Федоров П.П. Кристаллохимические аспекты образования фторидных стекол // Кристаллография. — 1997. — Т. 42, № 6. — С. 1141–1152.Федоров П.П. Кристаллохимические аспекты образования фторидных стекол // Кристаллография. — 1997. — Т. 42, № 6. — С. 1141–1152.Кузнецов С.В., Осико В.В., Ткаченко Е.А., Федоров П.П. Неорганические нанофториды и нанокомпозиты на их основе // Успехи химии. — 2006. — Т. 75, № 12. — С. 1193–1211.Кузнецов С.В., Осико В.В., Ткаченко Е.А., Федоров П.П. Неорганические нанофториды и нанокомпозиты на их основе // Успехи химии. — 2006. — Т. 75, № 12. — С. 1193–1211.Goodman C.H.L. The structure and properties of glass and the strained mixed cluster model // Phys. Chem. Glasses. — 1985. — V. 26, No. 1. — P. 1–10.Goodman C.H.L. The structure and properties of glass and the strained mixed cluster model // Phys. Chem. Glasses. — 1985. — V. 26, No. 1. — P. 1–10.Tromel M. Kristalle, Glass und Anti-glass // Z. Kristallogr. — 1988. — V. 183. — P. 15–26.Tromel M. Kristalle, Glass und Anti-glass // Z. Kristallogr. — 1988. — V. 183. — P. 15–26.Fedorov P.P. Association of point defects in non stoichiometric M1−xRxF2+x fluorite-type solid solutions // Buttl. Soc. Cat. Cien. — 1991. — V. 12, No. 2. — P. 349–381.Fedorov P.P. Association of point defects in non stoichiometric M1−xRxF2+x fluorite-type solid solutions // Buttl. Soc. Cat. Cien. — 1991. — V. 12, No. 2. — P. 349–381.Fedorov P.P. Heterovalent isomorphism and solid solutions with a variable number of ions in the unit cell // Russian J. Inorg. Chem. — 2000. — V. 45. — P. 268–291.Fedorov P.P. Heterovalent isomorphism and solid solutions with a variable number of ions in the unit cell // Russian J. Inorg. Chem. — 2000. — V. 45. — P. 268–291.Соболев Б.П., Голубев А.М., Эрреро П. Флюоритовые фазы М1−xRxF2+x (М – Са, Sr, Ва; R – редкоземельные элементы) -наноструктурированные материалы. // Кристаллография. — 2003. — Т. 48, № 1. — С. 148–169.Соболев Б.П., Голубев А.М., Эрреро П. Флюоритовые фазы М1−xRxF2+x (М – Са, Sr, Ва; R – редкоземельные элементы) -наноструктурированные материалы. // Кристаллография. — 2003. — Т. 48, № 1. — С. 148–169.Sobolev B.P. The Rare Earth Trifluorides. Part 1. The High Temperature Chemistry of the Rare Earth Trifluorides. Barcelona: Institut d‘Estudis Catalans, 2000. — 530 p.Sobolev B.P. The Rare Earth Trifluorides. Part 1. The High Temperature Chemistry of the Rare Earth Trifluorides. Barcelona: Institut d‘Estudis Catalans, 2000. — 530 p.Прохоров А.М., Осико В.В. Исследование структуры кристаллов с примесью редкоземельных элементов спектроскопическими методами. Проблемы современной кристаллографии, М.: Наука, 1975. — С. 280– 300.Прохоров А.М., Осико В.В. Исследование структуры кристаллов с примесью редкоземельных элементов спектроскопическими методами. Проблемы современной кристаллографии, М.: Наука, 1975. — С. 280– 300.Kazanskii A.A., Ryskin A.I., et al. EPR spectra and crystal field of hexamer rare-earth clusters in fluorites // Phys. Rev. B. — 2005. — V. 72. — P. 014127(11).Kazanskii A.A., Ryskin A.I., et al. EPR spectra and crystal field of hexamer rare-earth clusters in fluorites // Phys. Rev. B. — 2005. — V. 72. — P. 014127(11).Сульянова Е.А., Верин И.А., Соболев Б.П. Наноструктурированные кристаллы флюоритовых фаз Sr1−xRxF2+x и их упорядочение // Кристаллография. — 2009. — Т. 57, № 1. — С. 79–90.Сульянова Е.А., Верин И.А., Соболев Б.П. Наноструктурированные кристаллы флюоритовых фаз Sr1−xRxF2+x и их упорядочение // Кристаллография. — 2009. — Т. 57, № 1. — С. 79–90.Сульянова Е.А., Молчанов В.Н., Соболев Б.П. Рост кристаллов и дефектная кристаллическая структура CdF2 и нестехиометрических фаз Cd1−xRxF2+x (R = редкоземельные элементы и In). Часть 3. Кристаллическая структура монокристаллов Cd0.9R0.1F2.1 // Кристаллография. — 2008. — Т. 53, № 4. — С. 605–611.Сульянова Е.А., Молчанов В.Н., Соболев Б.П. Рост кристаллов и дефектная кристаллическая структура CdF2 и нестехиометрических фаз Cd1−xRxF2+x (R = редкоземельные элементы и In). Часть 3. Кристаллическая структура монокристаллов Cd0.9R0.1F2.1 // Кристаллография. — 2008. — Т. 53, № 4. — С. 605–611.Сульянова Е.А., Верин И.А., Соболев Б.П. Наноструктурированные кристаллы флюоритовых фаз Sr1−xRxF2+x и их упорядочение. 7. Методика построения кластерной модели на основе структуры упорядоченной фазы //Кристаллография. — 2012. — Т. 57, № 1. — С. 79–90.Сульянова Е.А., Верин И.А., Соболев Б.П. Наноструктурированные кристаллы флюоритовых фаз Sr1−xRxF2+x и их упорядочение. 7. Методика построения кластерной модели на основе структуры упорядоченной фазы //Кристаллография. — 2012. — Т. 57, № 1. — С. 79–90.Greis O., Haschke J.M. Rare earth fluorides. Handbook on the physics and chemistry of rare earth. Ed. K.A.Gscheidner & L.Eyring. Amsterdam, New York, Oxford, 1982, 5, Ch.45. — P. 387–460.Greis O., Haschke J.M. Rare earth fluorides. Handbook on the physics and chemistry of rare earth. Ed. K.A.Gscheidner & L.Eyring. Amsterdam, New York, Oxford, 1982, 5, Ch.45. — P. 387–460.Попов П.А., Федоров П.П. Теплопроводность фторидных оптических материалов. Брянск: группа компаний «Десяточка», 2012. — 210 с.Попов П.А., Федоров П.П. Теплопроводность фторидных оптических материалов. Брянск: группа компаний «Десяточка», 2012. — 210 с.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность монокристаллов твердого раствора Ca1−xYbxF2+x // Докл. РАН. — 2008. — Т. 419, № 5. — С. 615–617.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность монокристаллов твердого раствора Ca1−xYbxF2+x // Докл. РАН. — 2008. — Т. 419, № 5. — С. 615–617.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность монокристаллов твердого раствора Ba1−xYbxF2+x // Докл. РАН. — 2008. — Т. 421, № 2. — С. 183–185.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность монокристаллов твердого раствора Ba1−xYbxF2+x // Докл. РАН. — 2008. — Т. 421, № 2. — С. 183–185.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность монокристаллов твердого раствора Sr1−xYbxF2+x // Докл. РАН. — 2008. — Т. 421, № 5. — С. 614–616.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность монокристаллов твердого раствора Sr1−xYbxF2+x // Докл. РАН. — 2008. — Т. 421, № 5. — С. 614–616.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность кристаллов флюоритоподобных фаз в системах MF–RF3, где M – Li, Na, K; R = РЗЭ // Докл. РАН. — 2009. — Т. 426, № 1. — С.32–35.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность кристаллов флюоритоподобных фаз в системах MF–RF3, где M – Li, Na, K; R = РЗЭ // Докл. РАН. — 2009. — Т. 426, № 1. — С.32–35.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Переход от кристаллического к стеклообразному характеру температурной зависимости теплопроводности в твердом растворе Sr0,16Ba0,54La0,30F2,30 // Неорг. Матер. — 2010. — Т. 46, № 5. — С. 621–625.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Переход от кристаллического к стеклообразному характеру температурной зависимости теплопроводности в твердом растворе Sr0,16Ba0,54La0,30F2,30 // Неорг. Матер. — 2010. — Т. 46, № 5. — С. 621–625.Попов П.А., Федоров П.П. Теплопроводность монокристаллов на основе фторида кадмия // Физика твердого тела. — 2010. — Т. 52, № 3. — С. 469–473.Попов П.А., Федоров П.П. Теплопроводность монокристаллов на основе фторида кадмия // Физика твердого тела. — 2010. — Т. 52, № 3. — С. 469–473.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность оптической керамики твердого раствора Ca1−xHoxF2+x // Неорг. Матер. — 2012. — Т. 48, № 8. — С. 973–976.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность оптической керамики твердого раствора Ca1−xHoxF2+x // Неорг. Матер. — 2012. — Т. 48, № 8. — С. 973–976.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность монокристаллов твердых растворов Ca1−xErxF2+x и Ca1−xTmxF2+x // Докл. РАН. — 2012. — Т. 443, № 3. — С. 304–306.Попов П.А., Федоров П.П., и др. Теплопроводность монокристаллов твердых растворов Ca1−xErxF2+x и Ca1−xTmxF2+x // Докл. РАН. — 2012. — Т. 443, № 3. — С. 304–306.Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. — 792 с.Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. — 792 с.Федоров П.П., Бучинская И.И. Проблемы пространственной однородности кристаллических материалов и точки конгруэнтного плавления седловинного типа в тройных системах // Успехи химии. — 2012. — Т. 81, № 1. — С. 1–20.Федоров П.П., Бучинская И.И. Проблемы пространственной однородности кристаллических материалов и точки конгруэнтного плавления седловинного типа в тройных системах // Успехи химии. — 2012. — Т. 81, № 1. — С. 1–20.Федоров П.П. Системы из фторидов щелочных и редкоземельных элементов // Журн. неорганич. химии. — 1999. — Т. 44, № 11. — С. 1792–1818.Федоров П.П. Системы из фторидов щелочных и редкоземельных элементов // Журн. неорганич. химии. — 1999. — Т. 44, № 11. — С. 1792–1818.Попов П.А., Соломенник В.Д., и др. Теплопроводность монокристаллических твердых растворов ZrO2– Y2O3 в интервале температур 50–300 К // Физика твердого тела. — 2012. — Т. 54, № 3. — С. 615–618.Попов П.А., Соломенник В.Д., и др. Теплопроводность монокристаллических твердых растворов ZrO2– Y2O3 в интервале температур 50–300 К // Физика твердого тела. — 2012. — Т. 54, № 3. — С. 615–618.Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. С.-П.: Изд. С.-Петербургского университета, 2010. — Т. 2. — 1000 с.Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. С.-П.: Изд. С.-Петербургского университета, 2010. — Т. 2. — 1000 с.Тrnovcova V., Sorokin N.I., et al. Transport properties of heavily doped fluorite-structured BaF2: RF3 (R = rare earth element, Y, Sc) single crystals // Solid State Ionics. Materials and Devices. Fuzhou, China. 29 Oct.-4 Nov. 2000. Ed B.V.R. Chowdari, W.Wang. Word Scientific Singapore e.a. — P. 135–141.Тrnovcova V., Sorokin N.I., et al. Transport properties of heavily doped fluorite-structured BaF2: RF3 (R = rare earth element, Y, Sc) single crystals // Solid State Ionics. Materials and Devices. Fuzhou, China. 29 Oct.-4 Nov. 2000. Ed B.V.R. Chowdari, W.Wang. Word Scientific Singapore e.a. — P. 135–141.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.