SU819652A1 - Способ исследовани оптическихСВОйСТВ КРиСТАллОВ - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛОВ

Изобретение относитс  к области физики твердого тела и может быть использовано дл  исследований оптических, спектроскопических , магнитных, электрических и других свойств кристаллов. Известны способы исследований физических свойств кристаллов путем охлаждени  исследуемого образца до низких температур с помощью хладопровода с последующей регистрацией физических характеристик 1 . Ближайщим техническим рещением  вл етс  способ исследовани  оптических свойств кристаллов путем охлаждени  образца до низких температур с помощью хладопровода , выполненного из металла, с последующей регистрацией его оптических характеристик 2. Недостатком способа  вл етс  то, что при исследовани х с использованием металлического хладопровода, обладающего высокой теплопроводностью, на исследуемом образце легко получаетс  температура азотной ванны, но повыщение его температуры сопр жено с большим расходом жидкого азота. Хладопровод из металла с низкой теплопроводностью позвол ет перекрыть достаточно широкий температурный диапазон, но даже незначительна  мощность, подведенна  к образцу, может вызватйего нагрев, что- приводит к снижению точности измер емых параметров. Целью изобретени   вл етс  повыщение точности измерений и одновременное расщирение температурного диапазона. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе исследовани  оптических свойств кристаллов путем охлаждени  исследуемого образца до низких температур с использованием хладопровода с последующей регистрацией его оптических характеристик охлаждение исследуемого образца ведут непрерывно в интервале температур от 77 до 300 К с помощью хладопровода из ионного кристалла, причем исследовани  ведут в области убывающей характеристики зависимости его теплопроводности от температуры . При низких температурах теплопроводность ионных кристаллов во много раз превосходит теплопроводность даже таких металлов , как медь. Поэтому хладопровод из

ионного кристалла позвол ет получать на исследуемом образце температуру, практически равную температуре азотной ванны. При температурах 150-300 К теплопроводность ионных кристаллов столь резко падает , что оказываетс  значительно меньше теплопроводности металлов с малым ее значением , например нейзильбера. При этом можно легко получить на образце комнатную температуру при сравнительно небольшой мощности нагревател  и малом расходе жидкого азота. Например, при 77 К теплопроводность меди равна 6,6; нейзильбера 0,16; сапфира 13,1 В см к .

Таким образом, при 77 К теплопроводность сапфира превосходит теплопроводность меди, в два раза. При 300 К значени  теплопроводности меди нейзильбера и сапфира соответственно составл ют 4,0; 0,92 и 0,2 В см k. Отсюда видно, что при комнатных температурах теплопроводность сапфира оказываетс  даже меньше теплопроводности нейзильбера.

Существенной характеристикой хладопровода  вл етс  значение изменени  температуры на образце при подведении к нему некоторой мощности, т.е. величина dT/dw. Дл  меди, нейзильбера и сапфира ее значени  составл ют:

при 77 К - 0,15; 6,1 0,076 град.ватт

при 300 К -- 0,25; 1,09;5/00 град.ватт. Следовательно повышение температуры исследуемого образца, охлаждаемого с помощью сапфирового хладопровода при 77 К и одинаковой подводимой к образцу мощности , будет в два раза меньще, чем в случае медного, и в 80 раз меньше, чем в случае нейзильберового хладопровода. При комнатной же температуре (300 К) повышение температуры образца, охлаждаемого сапфировым хладопроводом, в п ть раз больше, чем в случае нейзильберового хладопровода .

Таким образом, сапфировый хладопровод оказываетс  лучше медного в области низких температур, т.е. в области, где обычно используетс  медный хладопровод, и лучше нейзильберового в области высоких температур , где обычно используетс  нейзильберовый хладопровод. Сапфировый хладопровод позвол ет получать на исследуемом образце температуру азотной ванны даже при некоторой выдел ющейс  на образце в процессе измерений мощности и в то же врем  достигать комнатную температуру при сравнительно небольшой мощности нагревател . Так, например, в случае сапфирового хладопровода в виде цилиндра длиной 4 и диаметром 0,6 см комнатна  температура на образце достигаетс  при мощности нагревател  16 В. Если выбрать параметры медного хладопровода так, чтобы значение () 77 дл  него совпадало со значением (dT/dw) 77 дл  сапфирового хладопровода, то комнатна  температура не будет достигатьс  при

мощности нагревател  132 В, т.е. при мощности примерно в восемь раз больщей, чем в случае сапфирового хладопровода. Это соответствует расходу жидкого азота 3 л/ч. При сапфировом же хладопроводе расход жидкого азота равен 0,4 л/ч.

Приведенные цифры показывают, что хладопровод из ионного монокристалла, например сапфира, позвол ет перекрыть весь температурный диапазон 77-300 К. при оптимальных услови х, т.е. позвол ет получать на образце 77 К и при сравнительно небольщом расходе жидкого азота достигать комнатной температуры.

Пример. Было проведено исследование спектров поглощени  кристалла александрита (ВеА12О4:Сг). Исследуемый образец охлаждаетс  с помощью хладопровода, выполненного из сапфира, что позволило охладить образец до любой температуры, лежащей в диапазоне 77-300 К. При измерени х температуры образца оставалась равной 77 К даже при выделении на образце мощности до 5 В. Это приводит к существенному повышению точности измерений при низких температурах по сравнению с известными способами.

Температура 300 К достигала при мощности нагревател  16,5 В. Небольща  величина мощности, при которой достигаетс  комнатна  температура, также приводит к увеличению точности измерений, так как способствует более высокой стабильности температуры по сравнению с известными способами измерений при помощи хладопроводов .

Вследствие небольщой мощности, требующей дл  достижени  комнатной температуры предложенный способ создает значительную экономию жидкого азота. Так, вместо расхода 3 л/ч в случае медного хладопровода с аналогичными параметрами (ctt/cU расход азота при сапфировом хладопроводе составл ет всего 0,4 л/ч.

Способ реализуетс  с помощью устройства , изображенного на чертеже.

Хладопровод выполнен из сапфира и имеет вид цилиндрической гантели 1. Его концы зажимаютс  медными хомутами 2 и 3. Дл  хорошего теплового контакта с хладопроводом контактирующие поверхности хомутов смазываютс  клеем БФ-6. Хомут 2 находитс  в непосредственном тепловом контакте с азотной ванной 4. Хомут 3 на «теплом конце хладопровода, блок образца 5 и блок нагревател  6 представл ют собой единую медную деталь. Измерение и регулирование температуры образца 7 осуществл етс  двум  медь-константановыми термопарами 8 и 9. Спаи термопар монтируютс  в каналах диаметром 1 -1,5 мм, глубиной 3-5 мм, засверленных в медных блоках, и заливаютс  эпоксидной смолой.

Один спай каждого из термопар вмонтирован в медный блок 2, имеющий темпера

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ исследования оптических свойств кристаллов путем охлаждения исследуемого образца до низких температур с использованием хладопровода с последующей регистрацией его оптических характеристик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и одновременного расширения температурного диапазона исследования, охлаждение исследуемого образца ведут непрерывно в интервале температур от 77—300 К с помощью хладопровода из ионного кристалла, причем исследования ведут в области убывающей характеристики зависимости его теплопроводности от температуры.