Научная статья на тему 'ЭФФЕКТИВНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СРЕДЫ. ОДНООСНАЯ ТЕКСТУРА И ДВУОСНЫЕ КРИСТАЛЛИТЫ'

ЭФФЕКТИВНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СРЕДЫ. ОДНООСНАЯ ТЕКСТУРА И ДВУОСНЫЕ КРИСТАЛЛИТЫ Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
48
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТОД САМОСОГЛАСОВАННОГО РЕШЕНИЯ / ГРУППА ВРАЩЕНИЙ / ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СРЕДА / ТЕКСТУРА / ТЕНЗОР ЭФФЕКТИВНОЙ ПРОВОДИМОСТИ / ДВУОСНЫЙ КРИСТАЛЛИТ / ОБОБЩЕННЫЕ СФЕРИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Лавров Игорь Викторович

На основе метода самосогласованного решения и теории представлений группы вращений вычислен тензор эффективной проводимости поликристаллической среды с текстурой. Среда состоит из однотипных двуосных кристаллитов сферической формы, ориентированных в пространстве по некоторому вероятностному закону, подразумевающему наличие одноосной текстуры. Получено аналитическое решение для двух случаев - при слабо анизотропных кристаллитах и при малом разбросе в ориентациях одной из осей кристаллитов относительно оси текстуры.The self-consistent approach and the rotating group representation theory have been used to calculate the effective conductive sensor of the polycrystalline textured medium, consisting of anisotropic spherical crystallites oriented in space according to a certain probability law, that implies the uniaxial texture existence. The analytical solution for two cases - if the crystallites are slightly anisotropic and if the angle between one of the crystallites axes and the texture axis is small - has been obtained.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Лавров Игорь Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ЭФФЕКТИВНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СРЕДЫ. ОДНООСНАЯ ТЕКСТУРА И ДВУОСНЫЕ КРИСТАЛЛИТЫ»

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 621.315.5:537.311/312

Эффективная проводимость поликристаллической среды. Одноосная текстура и двуосные кристаллиты

И.В.Лавров

Московский государственный институт электронной техники (технический университет)

На основе метода самосогласованного решения и теории представлений группы вращений вычислен тензор эффективной проводимости поликристаллической среды с текстурой. Среда состоит из однотипных двуос-ных кристаллитов сферической формы, ориентированных в пространстве по некоторому вероятностному закону, подразумевающему наличие одноосной текстуры. Получено аналитическое решение для двух случаев - при слабо анизотропных кристаллитах и при малом разбросе в ориентациях одной из осей кристаллитов относительно оси текстуры.

Ключевые слова: тензор эффективной проводимости, анизотропия, двуосный кристаллит, текстура, поликристаллическая среда, метод самосогласованного решения, группа вращений, обобщенные сферические функции.

Изучение влияния ориентаций составляющих неоднородной среды (включений в композиционном материале или кристаллитов в поликристалле) на ее эффективные электрические свойства сопряжено со значительной вычислительной сложностью, и во многих работах, посвященных исследованию таких сред, ориентации кристаллитов считаются либо детерминированными, либо абсолютно случайными, т.е. имеющими изотропное распределение [1, 2]. Между тем, исследования показывают, что в реальных материалах и текстурированность, и некоторая доля случайности в ориентации кристаллитов должны иметь место [3, 4]. В связи с этим представляется актуальным построение адекватных теорий для объяснения электрических и других свойств случайно-неоднородных сред с текстурой.

Среди попыток построения таких теорий можно отметить работы [2, 5-8]. В [2, 5, 6] в приближении Максвелла - Гарнетта вычисляется тензор эффективной диэлектрической проницаемости композиционного материала, состоящего из однородной изотропной матрицы и погруженных в нее кристаллитов одного типа (анизотропных одноосных сферических [2], изотропных эллипсоидальных [5] или анизотропных эллипсоидальных [6]). В [7] решается задача нахождения тензора эффективной проводимости поликристалла, состоящего из одноосных сферических кристаллитов. Кристаллиты считаются ориентированными в пространстве по некоторому вероятностному закону. В работе [8] рассмотрена поликристаллическая среда, состоящая из одноосных

© И.В.Лавров, 2010

сфероидных кристаллитов нескольких видов, ориентированных в одном направлении, и в приближении эффективной среды получено выражение для тензора эффективной проводимости такого поликристалла. Однако обобщить результат на случай, когда оси кристаллитов ориентированы по некоторому вероятностному закону, автору не удалось, в работе допущена грубая ошибка.

В настоящей работе теория, развитая в [7] на основе метода самосогласованного решения [1, 9], обобщается на случай поликристаллической среды, состоящей из дву-осных сферических кристаллитов, т.е. имеющих тензоры электропроводности с тремя различными главными значениями. Кристаллиты считаются ориентированными в пространстве по некоторому вероятностному закону, подразумевающему наличие выделенного направления - оси текстуры. Данный тип текстуры может встречаться при напылении тонких пленок или когда формирование материала происходит под действием внешнего однородного поля. Цель работы - нахождение компонент тензора эффективной проводимости среды как функций параметров, описывающих проводимость отдельных кристаллитов и распределение их ориентаций. Вычислительная сложность, связанная с учетом ориентаций кристаллитов, как и в [5, 6], преодолевается с помощью теории представлений группы вращений [10].

Постановка задачи. Рассмотрим образец проводящей поликристаллической среды объема V, состоящей из двуосных кристаллитов одного типа, имеющих омические контакты друг с другом и различающихся между собой размерами и ориентациями в пространстве. Форму всех кристаллитов будем считать сферической, а их ориентации -связывать с направлениями главных осей тензоров электропроводности о. Обозначим систему главных осей конкретного кристаллита как , тогда в этой системе тензор о имеет матрицу

1 0 0

о' = ао 0 а 2 0

0 0 аз

Пусть в рассматриваемой поликристаллической среде имеется выделенное направление - ось текстуры. Возьмем систему координат xyz, связанную с текстурой: ось z направляется по оси текстуры, а оси x и y перпендикулярны оси z и друг другу. Тогда ориентация данного кристаллита в системе xyz будет задаваться поворотом g(у, &, ф), где у, &, ф - углы Эйлера. Объемная доля dV/V кристаллитов, ориентации которых принадлежат элементу объема угловых параметров d 3ш = [у; у + dy] [&; & + d&] [ф; ф + dф], равна

dV¡V = p(y, &, ф) dy d&dp,

где p(y, &, ф) - плотность распределения ориентаций кристаллитов с учетом множителя инвариантной меры sin & [10]. Допустим, как и в [6, 7], что распределение ориентаций кристаллитов обладает вращательными симметриями относительно осей z и £, т.е. его плотность имеет вид

p(y, &, ф) = (8л2)"1 f(&), 0 <у< 2л, 0 <&<л, 0 <ф< 2л, (1)

где /($) - плотность распределения углов $ между осью текстуры и осями £ кристаллитов. Так как рассматриваемая среда предполагается линейной, то она обладает инверсионной симметрией, вследствие чего / ($) удовлетворяет соотношению

V 2

/(V — $) = /($), а также условию нормировки в виде | /= 1. В дальнейшем

о

плотность распределения ориентаций кристаллитов будем считать имеющей вид (1).

Пусть к границе £ данного образца поликристаллической среды приложено однородное электрическое поле Е0. Тогда тензор эффективной проводимости ое среды определяется уравнением (Л} = ое (Е), где J - плотность тока, (Е) = Е0. В системе хуг текстуры тензор ое имеет вид

(2)

Метод самосогласованного решения приводит к уравнению для ое [7, 9]:

((I — (О — Ое)Г)—1(о — Ое)) = 0 , (3)

где I - единичный симметричный тензор, Г - тензор, являющийся в хуг диагональным, причем Г^ = Гуу, и его компоненты в случае сферических кристаллитов вычис-

хх ае 0 0

Ое = 0 хх ае 0

0 0 ае

ляются по формулам [7, 9]:

л/в —в 2 — агаш-УВ ш V1/8 —1 ■ агс81^л/б— 1 Г =-. -, Г = —- при в> 0, (4а)

2^аХхаег ■вУВ аГ8

гхх = л/81—^п^Щ г 22 = ^ ■ Ш 8 + 1 при 8< о, (46)

^аеххаГ ■вТ—В аГ8

где в = 1 — аехх / а^.

Усреднение в (3) проводится по всем ориентациям кристаллитов в системе хуг, а

/Л \ хх 22

поскольку ое при условии (1) имеет две независимых компоненты а и а , тензорное уравнение (3) сводится к двум скалярным уравнениям для компонент с индексами 11 и 33: ^(1 — (о — ое)Г)—1(о — ое= 0, к = 1,3. В некоторых случаях имеется возможность получить аналитическое решение задачи в линейном или квадратичном приближении по малым параметрам. Так, например, если компоненты тензора а0 1(о — ое) малы, т.е.

ао^ — (Ое )у )<< 1, I,] = 1,2,3, (5)

тогда (I — (о — ое )Г)—1 «I + (о — ое )Г и систему (3) можно переписать в виде

(о — Ое) кк + ((о — Ое )Г(о — Ое )) кк = 0, к = 1,3. (6)

В настоящей работе получено решение задачи для следующих двух случаев, в которых условие (5) выполняется:

- кристаллиты слабо анизотропные, т.е. |а2 — 1 <<1, |а3 — 1 «1;

- распределение углов $ между осью текстуры и осями £ кристаллитов имеет малый разброс, а также |а2 — 1 <<1, т.е. два из трех главных значений тензора а проводимости кристаллита мало отличаются друг от друга.

Вычисление компонент тензора а в системе хуг и некоторые вспомогательные соотношения. Поскольку в уравнениях (3) или (6) проводится усреднение в системе хуг, необходимо вычислить компоненты тензора а конкретного кристаллита в данной системе координат. Применяя метод разложения а на сумму двух тензоров [6], один из которых является изотропным (шаровая часть тензора) и не изменяется при поворотах системы координат, а другой - симметричным с нулевым следом (девиатор) и может быть преобразован посредством неприводимого представления веса 2 группы £0(3) трехмерных вращений [10], получим в итоге компоненты тензора а в системе хуг:

a kk = a0

D/3 - 0,5(—1)k Z g; [t_\s (g) + T22s (g) + (-1)к «Щъ Tol (g)]|, k = 1,2, (7а)

V s=—2

a33 =g0

f 2 Л 2 Г ■■

D/3 (g) , G12 =g2i = i Zg's fe (g) _ T—22,s (g)], (76)

V s=_2

°12 = °21 = К (g) _ T—22,s (

2 s=—2

®13 = °31 Z g's T—Is (g) _ Tj (g)], g23 =^32 =_i g0 Z g's TI (g) + T12s (g)], (7B)

2 s=—2 2 s=—2

где D = 1 + a2 +a3; T4ms (g), m, s = —/,..., / - обобщенные сферические функции [10]; a ' ( s = —2, .,2 ) вычисляются по формулам

a+2 =(1 — a2 )/ 2, a'±1 = 0, =(2a3 —1 — a2 )Д/б. Для дальнейших вычислений понадобятся следующие средние по группе £0(3) величины: (T2n(g^, (т2п(g)• (g)j (m,n,mi,n' = -2,.,2). При условии (1) имеем

(TL(g)) = 0, » + Ц * 0, (тЩ(g) • Tin(g)) = 0, \m + m'\ + |n + n'| * 0. (8) Для ненулевых значений этих средних имеем (аргумент g для краткости опущен):

(т0) = 0,5(3/1 _ 1), (fe)2) = 0,25(9/2 _ 6/1 +1), (т0лт0_-) = 1,5(/2 _/1),

-00/-0,5(3/1 _ 1), \(т00) /-0,25(9/ 2 _ 6/1 + ^ \т0,1т 0,-1'-' T22Т2-2> = 3(/2 _ 2/1 + 1), {Ч2T-V2) = (тТ22-2Т-22,2) = ^(/2 + 6/1 + 1), (9)

Т21Т_21,_Л = (Т-ТДд) = 0,25(4/2 - 3/1 +1), ^¿ТДЛ = T-iТ_21,Л = 0,25(/2 _ 1),

где

V 2 V 2

т Г___4 12

0 0

/ = | соб2 а / (ауа, /2 = | СОБ4 а /(ауа.

(10)

Аналитическое решение в случае слабо анизотропных кристаллитов. В этом слу-

" хх 22

чае ое находится из системы уравнений (6), причем ае и ае можно записать в виде

^хх

ае =а

= а0(1 — их\ аГ =а0(1 — и2) (\их\ << 1 , Ы << 1 ).

(11)

Для Гхх, Г22 достаточно ограничиться нулевым приближением

гх

«2 =»3 =1

= —(3а0 )—1.

(12)

Подставляя (2), (7а) - (7в), (11), (12) в (6) и учитывая (8), (9), получаем в итоге с квадратичной точностью по (а2 — 1), (а3 — 1) компоненты тензора ое:

ае -а 0

1 + 1(а 2 —1)(1 + /1) + 1(а 3 —1)(1 — /1) —

ае -а 0

1 9 1 2

— — (а 2 —1)2(1 + /1 )(3 — /1) — — (а 3 — 1)(а 3 —а 2)(1 — /12)

4о 12

1 19 2

1 + ^(а 2 —1)(1 — /1) + (а 3 — 1)/1 ——(а 2 —1)2(1 — /12) —

(13)

— 1(а 3 — 1)(а 3 — а 2 )/1 (1 — /1)

где определяется из (10). При равномерном распределении (/1 = 1/3 ) среда в целом получается изотропной со скалярной проводимостью

ае -а0

112 2

1 + ~ (а2 — 1) + ~ (а3 — 1) — — (а2 — 1)2 — — (а3 — 1)(а3 — а2)

Если все оси £ кристаллитов сонаправлены ( а = 0, ^ = 1), из (13) получаем

а -а.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1 1 9

1 + -(а 2 — 1) — — (а 2 — 1)2

22

ае «аа„

(14)

В случае одноосных кристаллитов с осью £ (а2 = 1, а3 =а ) формулы (13) совпадают с результатом, ранее полученным в [7].

Решение задачи в случае малого разброса в ориентациях осей £ кристаллитов

при условии, что |а2 — 1 << 1. Как и в предыдущем случае, задача сводится к решению

двух уравнений (6). Пусть я2 (я2 <<1) - половина начального момента второго порядка случайной величины [7]. Запишем ахх, а22 в виде

хх хх _ X —22 „22 _ с ае =ае0 — а0°х , ае = ае0 — а0°2 ,

(15)

<

где 5х и 52 - такого же порядка малости, как и тах(я2,|а2 -1); , о^ - значения

компонент оехх, о^2 при я2 = 0. В первом приближении по (а2 — 1) (Приложение (П.5) и (П.6))

«Оо[1 + (а2 —1)/2], о20-Ооаз. (16)

Для 11 справедлива оценка [7]

11 «1 — 2я2, я2 < 0,04. (17)

Чтобы найти компоненты о , о ¡Т в линейном приближении по (а — 1), я2, доста-

Г XX Т^хх Т^н Т^И Т^хх Т~хх т^22 1 2 г\

«Г0 , Г «Г0 , где Г0 , Г0 - значения Г , Г при а2 = 1, я = 0.

Вычисляя Гохх и r0zz из (4а), (4б), имеем: s = 1 а^ «1 -1/а3

rxx_ Уаз -1 -аз arcsin Л/1 - уаз _ arcsin д/1 - Vаз -1

Го - ^ ; ' Го _ ; , (18а)

2ао(аз -1)3/2 ао(аз -1)3/2

при а3

-1 >(а2 -1)/2, а2 > 1;

rxx_ аз1п^/УаТ + УУаз -1 )-У1 -аз rzz_ л!1 аз - ln^/УаТ + УVаз -1) л«^

Г о ---—--732-' Г о ----732-, (18б)

2а о (1 -аз)32 ао(1 ^f2

при 1 -а3 >(1 -а2)/2, а2 < 1.

В итоге, решая (6) с учетом (2), (7.1) - (7.3), (8), (9), (15), (16), (17), получаем

[аХх «ао (о,5(а2 +1) + s2^ -1)[1 + аоГ» (аз -1)]),

[аГ «ао(аз --1)[1 -аоГоХХ(аз -1)]),

(19)

где ГХ и Гд2 вычисляются из (18а) или (18б). В частном случае одноосных кристаллитов с осью £ (а2 -1, а3 =а) формулы (19) совпадают с результатами, ранее полученными в [7]. Очевидно, что применимость формул (19) ограничена условием

(а2 -1)2 << s2 < о,о4.

Полученные результаты легко могут быть перенесены на задачи нахождения тензоров эффективных диэлектрической и магнитной проницаемости или теплопроводности неоднородной текстурированной среды при условии ее линейности.

Результаты численного моделирования. В среде MATLAB были проведены вычисления для некоторых поликристаллических сред: найдены значения компонент тензора се эффективной проводимости путем решения системы уравнений (3) методом Ньютона, плотность распределения углов & между осью текстуры и осями £ кристаллитов принималась в виде

f(&) - s~2 cos-2 & tg& ехр[-о,5^~2 tg2 &], о <&<л/ 2, (20)

соответствующем нормальному распределению с дисперсией 5 координат Бельтрами осей £ кристаллитов [7]; параметр 52 характеризует величину разброса в ориентациях осей £ кристаллитов по отношению к оси текстуры. Также было проведено сравнение значений компонент тензора ое поликристаллов, полученных путем численного решения системы (3), с аналогичными значениями в квадратичном аналитическом приближении (13).

На рис.1 представлены зависимо-

XX

е

е

О _| _|

ла галлия (ста = 62,5 -10 Ом см ,

стЬ = 133,3-103 Ом-1 см-1, стс = 19,88-103 Ом- см- , а, Ь, с - оси кристаллографической системы координат [11]) от параметра 52 для двух вариантов распределения осей кристаллитов галлия в пространстве. При первом варианте в качестве оси £ принималась ось с, в качестве осей ^ - оси а, Ь соответ-

XI ж Ом"^ СМ"1

120 110 100 90 80 70 60 50 40, 30 20

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5

2

ственно, распределение ориентаций

кристаллитов считалось не зависящим Рис.1. Зависимости компонент ст^ и стполикри-

от угла вращения ф кристаллита во- сталла галлия от параметра 52 для двух вариантов

круг кристаллографической оси с; в распределения ориентаций кристаллитов: светлые

,0 ^ „3 „ -1 -1 кривые соответствуют случаю вращательной сим-

этом случае ст0 =62,5 -I0 Ом см , Метрии относительно кристаллографической оси с

а2 = 2,133, а3 = 0,318. Данные зависимо- (_0- ст¡Xх; -Д- ст); темные - относительно оси Ь сти представлены двумя светлыми кри- ст хх. ст гг)

выми на рис.1. Темные кривые соответствуют второму варианту распределения,

когда в качестве оси £ принималась ось Ь , в качестве осей ^ - оси а, с соответст-

-1 -1

венно; ст0 = 62,5-10 Ом см , а2 = 0,318, а3 = 2,133. Все четыре кривые пересекают-

2 2 ся в одной точке при 5 « 2,02, т.е. при данном значении 5 поликристаллическая среда

получается в целом изотропной.

На рис.2 сравниваются зависимости компонент вХх и г2е2 тензора эффективной диэлектрической проницаемости поликристалла сульфата бария (ва = 7,65, гЬ = 12,2, вс = 7,7 ) от параметра 52, полученные численным решением системы (3), с их аналитическим приближением по формулам (13); в качестве оси £ принималась ось с, т.е. в данном случае в0 = 7,65, а2 = 1,595, а3 = 1,0065 (все компоненты проводимости в формулах должны быть заменены на соответствующие диэлектрические проницаемости). На рис.3 изображена область на плоскости параметров а2, а3, внутри которой от-

носительная ошибка 5сте = тах(

бст

бст

) вычисления компонент ст Xх, стгег по форму-

лам (13) в сравнении с численным решением системы (3) не превышает 1% при различных величинах разброса в ориентациях осей £ кристаллитов (вычисления проводились

0123456789 5

хх

2

Рис.2. Сравнение зависимостей компонент ее"' и е тензора эффективной диэлектрической проницаемости поликристалла сульфата бария от параметра 5 2 , полученных численным решением (-о- еХх; -□- е|2 ); системы (3), с их аналитическим приближением (---еХх;-е2^ )по формулам (13)

«3

2

1,8

1,6 1,4 1,2

1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

8ае=1,28%

......'■!' И»"* *

V

0,95 %

I

I ■

I

0,74 %

< 1 %

■4 ■■■

1 »

1

.....Г.

»

« I

071 . %

к

8ае = 1,4%

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а2

Рис.3. Область на плоскости параметров а,2, аз , в которой относительная ошибка 8а е вычисления

компонент стХх, а^ по формулам (13) в сравнении с численным решением системы (3) не превышает 1% . В граничных точках указаны максимальные значения относительной ошибки 8а е вычисления коэффициента анизотропии поликристалла

при шести значениях параметра 52 из разных диапазонов: 0,1; 0,6; 1,3; 2,0; 4,0; 20,0). Также в некоторых граничных точках указаны максимальные значения относительной

ошибки 8а е вычисления коэффициента анизотропии ае =оГ/°еХ поликристалла. Как

следует из рис.3, аналитическое приближение (13), выведенное при условии слабой анизотропии кристаллитов, обеспечивает приемлемую точность вычисления компонент

ХХ 22

ае , а и для значительного количества поликристаллов, состоящих из умеренно анизотропных кристаллитов.

Основным результатом работы является полученная в явном виде аналитическая зависимость компонент тензора се эффективной проводимости поликристаллической

среды (в системе координат хуг, связанной с текстурой) от параметров а0,а2,а3, описывающих проводящие свойства отдельного кристаллита, а также от распределения ориентаций кристаллитов - посредством интеграла (10) или параметра 52, характеризующего разброс ориентаций одной из осей кристаллита (оси £ ) относительно оси текстуры. Данная зависимость выражена для рассмотренных выше двух случаев формулами (13) и (19), которые обобщают аналогичные результаты, полученные в [7], на поликристаллическую среду, состоящую из двуосных кристаллитов. Путем численного моделирования установлено, что применение формул (13) не ограничивается случаем слабо анизотропных кристаллитов, а распространяется и на значительное количество поликристаллов, состоящих из умеренно анизотропных кристаллитов (рис.3). Аналитические зависимости, полученные в настоящей работе, могут быть использованы, например, для исследования оптических свойств тонких пленок в дальнем инфракрасном диапазоне.

Следует отметить, что при отсутствии разброса в ориентациях осей £ кристаллитов эффективная проводимость в плоскости, перпендикулярной оси текстуры, зависит от проводимости кристаллитов вдоль этой оси, причем эта зависимость начинает про-

XX

е

е'

9,6

9,35

9,1

8,85

8,6

8,35

8,1

7,85

7,6

являться при решении с квадратичной точностью по (а2 — 1) (Приложение (П6)), хотя из физических соображений она должна отсутствовать. Данный факт, по-видимому, объясняется особенностями используемых метода и модели. Тем не менее, результаты, полученные в настоящей работе, можно считать справедливыми, поскольку проявившаяся погрешность метода имеет более высокий порядок малости, чем точность, с которой были проведены вычисления.

Приложение

Вычисление тензора эффективной проводимости поликристаллической среды при отсутствии разброса в ориентациях осей £ кристаллитов

В этом случае угол 9 между осями £ иг равен 0, а ориентацию произвольного кристаллита можно задавать углом ф между осями х и ^ . Если направления осей Е, и ^ кристаллитов распределены равномерно в плоскости ху, что подразумевает условие (1), то плотность распределения углов ф имеет вид р(ф) = , 0<ф<2л.

Матрица С(ф) поворота от хуг к и тензор о кристаллита в системе хуг :

С(ф) =

008 ф — БШ ф 0 БШ ф С0Б ф 0 0 0 1

о = ст0

2 2 соб ф + а2Б1п ф (1 — а2)Б1пфСОБ ф 0

22 (1 — а2)Б1ПфС0Бф Б1п ф + а2С0Б ф 0

0 0 а3

Введем обозначения:

л хх I л 22 / / т^ххч — 1 / т^ггч —1

их = 1 — сте/ст0, и2 = 1 — сте/ст0, Ух = ^ — («^Г ) , = Ы2 — («^Г ) ,

У = Ггг/Гхх, р2 = (а2 —1)/2, р3 = (а —1)/2 ,

(П1)

тогда с учетом (2) имеем

(о — °е ) = ст0

р2(1 — С0Б2ф) + их -Р2Б1п2ф — Р2БШ2ф Р2(1 + С0Б2ф) + их

0

0

0 0

и г + 2Р3

(П2)

(I — (О — Ое )Г)—1 = —

2 2Р2 008 ф + Ух Р2Б1п2ф

Ух (2Р2 + Ух ) Ух (2Р2+Ух)

1 Р2Б1п2ф 2 2Р2 81п ф + Ух

ст0Г хх Ух (2Р2 + Ух ) Ух (2Р2+Ух)

0 0

0

(уУ + 2Р3))-

—1

(П3)

После подстановки (П2), (П3) в (3) и усреднения по всем значениям угла ф с плотностью р(ф)

(П4)

приходим к уравнениям для определения компонент стхх, ст^ :

Р2(их + Ух) + ихУх = 0, и2 + 2Рэ = 0 . Из второго уравнения (П4) сразу же получим с учетом (П.1)

сте =астп

д'3и0 .

(П5)

Решение первого уравнения (П4) в случае |а2 — 1 << 1 будем искать в виде ряда по степеням (а2 — 1), ограничиваясь квадратичной точностью, что в итоге приводит к выражению

стхх « ст01 + 0,5(а2 — 1) + 0,25ст0ГТ(а2 — 1)2 ], (П6)

0

___ i ' XX i 1 xx

где Гп = Г

определяется из (18а) или (18б).

а7=1

Таким образом, (П6) и (П5) являются искомыми выражениями для компонент ст", ст^2 тензора эффективной электропроводности поликристаллической среды при отсутствии разброса в ориентациях осей Q кристаллитов и условии |а2 -1 << 1. Следует заметить, что в предельном случае при = 1 ,

сто ГГ = -1/3 формулы (П6) и (П5) совпадают с (14), порченными в предположении а3 -1 << 1.

аз =1

Литература

1. Фокин А.Г. Макроскопическая проводимость случайно-неоднородных сред. Методы расчета // УФН. - 1996. - Т. 166, № 10. - С. 1069-1093.

2. Levy O., StroudD. Maxwell Gamett theory for mixtures of anisotropic inclusions: Application to conducting polymers // Phys. Rev. B. - 1997. - Vol. 56, N 13. - P. 8035-8046.

3. Энергетический подход при моделировании формирования текстуры в поликристаллах под влиянием внешних напряжений / В.И.Колесников, И.И. Чекасина, В.В.Бардушкин и др. // Вестник Южного научного центра РАН. - 2008. - Т. 4, № 3. - С. 3-8.

4. Максимов С.К., Максимов К.С. Проблемы текстурированности в нанотехнологии. Контроль текстур // Изв. вузов. Электроника. - 2008. - № 1. - С. 49-55.

5. Иванов Е.Н., Лавров И.В. Теория диэлектрической проницаемости композиционных материалов с текстурой. Ч. 1 // Оборонный комплекс - науч.-техн. прогрессу России. - 2007. - № 1. - С. 73-78.

6. Лавров И.В. Диэлектрическая проницаемость композиционных материалов с текстурой: эллипсоидальные анизотропные кристаллиты // Экол. вестник науч. центров Черномор. эконом. сотрудничества (ЧЭС). - 2009. - № 1. - С. 52-58.

7. Лавров И.В. Теория электропроводности неоднородных материалов с текстурой // Изв. вузов. Электроника. - 2008. - № 1. - С. 3-9.

8. Genchev Z.D. Anisotropic electrical conductivity tensor of granular high-^ superconductors in an effective-medium theory // Supercond. Sci. Technol. - 1993. - Vol. 6. - P. 532-536.

9. Stroud D. Generalized effective-medium approach to the conductivity of an ingomogeneous material // Phys. Rev. B. - 1975. - Vol. 12, N 8. - P. 3368-3373.

10. Гельфанд И.М., Минлос Р.А., Шапиро З.Я. Представления группы вращений и группы Лоренца. - М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1958. - 294 с.

11. Landolt-Bornstein. Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology. New Series // Ed. K.-H.Hellwege. - Group III. - Vol. 15a. - Berlin. - Heidelberg. - N.Y. - 1982. - 396 с.

Статья поступила после доработки 25 января 2010 г.

Лавров Игорь Викторович - старший преподаватель кафедры высшей математики № 2 МИЭТ. Область научных интересов: теоретические методы исследования электрических и оптических свойств неоднородной среды. E-mail: iglavr@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.