PRACA DOKTORSKA Zale ność własności strukturalnych ...

StreszczenieNiniejsza praca doktorska jest poświęcona własnościom elastycznym wybranych azotkówpierwiastków grup III i IV. W dotychczasowym stanie wiedzy w tej dziedzinie występowały istotneluki: rozszerzalność termiczna w funkcji temperatury znana była tylko dla niektórych z badanychzwiązków (głównie azotki metali grupy III), a publikowane dane dotyczyły ograniczonych zakresówtemperatur. Informacje na temat zmian położeń atomowych w funkcji temperatury z małymiwyjątkami nie istniały. Literaturowe dane dotyczące ściśliwości wymagały uzupełnień – wszczególności dla azotku indu moduł ściśliwości wyznaczono w dwóch wcześniejszych pracach napodstawie zaledwie kilku punktów eksperymentalnych.W pracy scharakteryzowano kryształy następujących azotków GaN, InN o strukturze wurcytu, fazα, β i γ Si 3 N 4 , oraz faz α i β Ge 3 N 4 . Przeprowadzona została szczegółowa analiza fazowapolikrystalicznych próbek tych azotków i opisana została struktura krystaliczna głównych faz.Przedstawiona została metodyka pomiarów ciśnieniowych i temperaturowych zastosowana wbadaniach. Istotnym elementem metodyki jest wykorzystanie wzorców pozwalające wyeliminowaćróżnego rodzaju błędy systematyczne pomiarów i zastosowanie procedur obliczeniowych (metodaRietvelda i metoda Le Baila) pozwalających uzyskać maksimum informacji o strukturze kryształu.Dzięki wykorzystaniu wspomnianych metod możliwe było zbadanie zmienności struktury w funkcjitemperatury. Elementami tej zmienności były:- zmiany składu fazowego: dla azotku indu pokazano, że zakres stabilności azotku indu jest watmosferze argonu szerszy niż podawany w literaturze dla różnych innych warunków otoczenia:dopiero w temperaturze ~900 K rozpoczyna się nieodwracalny proces dysocjacji, dla pozostałychmateriałów zmienności składu fazowego w dostępnym eksperymentalnym zakresie temperatur niestwierdzono;- zmienność parametrów sieciowych w funkcji temperatury pozwalająca wyznaczyć temperaturowązależność współczynników rozszerzalności na podstawie przyjętego modelu Debye'a-Grüneisena iokreślić temperaturę Debye'a; zależności te określono dla części z siedmiu związków po razpierwszy, a dla pozostałych - po raz pierwszy w szerokim zakresie temperatur;- temperaturowe zależności współrzędnych atomowych: określono, które współrzędne atomowe niezmieniają się, a które wykazują tendencję rosnącą lub malejącą; możliwość dokładnegowyznaczenia położeń wiąże się z koniecznością zapewnienia bardzo dobrej statystyki zliczeń wpomiarze i eliminacji zakłóceń natężeń mogących wystąpić w trakcie pomiaru; gładkie zależnościotrzymano głównie w zakresie wysokotemperaturowym, gdzie warunki pomiarowe byłykorzystniejsze; współrzędne atomowe dla tej grupy materiałów zbadano w funkcji temperatury (zmałymi wyjątkami) po raz pierwszy;- dla azotku indu i azotku germanu przedstawiono wyniki szczegółowych badań zmiennościparametrów sieciowych i objętości komórki elementarnej z ciśnieniem w zakresie od ciśnieniaatmosferycznego do ok. 5 GPa. Dla azotku indu wybrany zakres badań był wystarczający zewzględu na stwierdzoną wcześniej przez Ueno i in. oraz Ruoffa i in. bliskość przejścia fazowego(w okolicach ciśnień 10-12 GPa). Dla azotku germanu badania ściśliwości można było porównać zjedyną istniejącą pracą eksperymentalną, opublikowaną już po wykonaniu przedstawionych wrozprawie eksperymentów; obie prace istotnie się różnią zakresem badanych ciśnień i liczbąpunktów eksperymentalnych, jednak podstawowe wnioski (wartość modułu ściśliwości) są dlaazotku indu i fazy β azotku germanu zgodne w zakresie odchyleń standardowych.W pierwszym rozdziale niniejszej pracy opisane są podstawowe własności fizyczne i zastosowaniaazotków III-V i IV-V, oraz struktura i dotychczasowy stan wiedzy o rozszerzalności i ściśliwości tychmateriałów.Cele pracy przedstawione są w rozdziale drugim.Metodyka dokonanych pomiarów i obliczeń jest opisana w rozdziałach III i IV. W rozdziałach tychprzedstawiono zastosowanie dyfrakcyjnych technik pomiarowych dla badań strukturalnych wwarunkach nisko/wysokotemperaturowych i wysokiego ciśnienia, oraz metodykę analizy danych, wtym metody obliczeniowe Rietvelda i Le Baila.II