Физико-химические основы получения кристаллов твёрдых растворов галогенидов серебра и таллия (I) для ИК-волоконной оптики

• Автор: Корсаков, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы

1. ИНФРАКРАСНЫЕ (ИК) КРИСТАЛЛЫ

1Л. Кристаллы на основе галогенидов одновалентного таллия и серебра,

их физико-химические свойства

1.2. Классификация методов выращивания

1.3. Метод Бриджмена-Стокбаргера

1.3.1.Синтез твёрдых растворов галогенидов металлов для выращивания кристаллов

1.4. Материалы и способы получения оптических волокон

1.5. Структура оптического волокна

2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИССЛЕДУЕМЫХ ВЕЩЕСТВ
2.1. Постановка эксперимента и методы анализа при определении растворимости галогенидов серебра и таллия (I) в водных растворах галогенводородных кислот
2.2. Термический анализ диаграммы фазового состояния системы А%Вг - ТИ
2.3. Рентгеноструктурный анализ твердых растворов галогенидов серебра и таллия (I)
2.4. Методы анализа твёрдых растворов галогенидов серебра и таллия (I)
на химический и примесный состав
2.5. Определение спектров люминесценции волоконных сцинтилляторов
2.6. Методы исследования оптических свойств ИК — световодов
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОЗОННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ-СИНТЕЗА (ТЗКС) ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА И ТАЛЛИЯ (I)
3.1. Растворимость галогенидов серебра в воде
3.2. Расчет растворимости галогенидов серебра в воде и в водных растворах НС1 и НВг
3.3. Зависимость растворимости галогенидов серебра от температуры

3.4. Экспериментальное исследование растворимости галогенидов
таллия(1) и серебра в водных растворах галогенводородных кислот
3.5. Расчёт термодинамических функций процесса растворения
3.6. Заключение и выводы по главе
4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГРАММ
ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ КРИСТАЛЛ - РАСПЛАВ В ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА И ТАЛЛИЯ (I)
4.1. Физико - химические свойства галогенидов серебра и йодида одновалентного таллия
4.2. Исследование фазовой диаграммы системы АрВг- Т
4.3. Рентгеноструктурный анализ твердых растворов галогенидов
металлов, полученных методом ТЗКС
4.4. Рентгеноструктурный анализ твёрдых растворов AgBr - Т
4.5. Моделирование структуры РЛС - кристаллов
4.6. Заключение и выводы по главе
5. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ Аё,.хТ1хВг,.х1х, АЕ,.хТ1хС1у1гВг,.у.
5.1. Синтез «сложнолегированного» сырья для выращивания кристаллов
5.2. Новая установка КПЧ-01, реализующая метод Бриджмена с
аксиальной вибрацией расплава
5.3. Обработка кристаллов
5.4. Заключение и выводы по главе
6. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ГИБКИХ ПОЛИКРИСТАЛ-ЛИЧЕСКИХ ВОЛОКОННЫХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ И ИК-СВЕТОВОДОВ. 120 6.1.Однослойные и двухслойные волоконные сцинтилляторы
6.2. Микро- и нанокристаллические ИК - световоды
6.3. Выводы по главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Акт приёмки установки КПЧ -

ВВЕДЕНИЕ
На мировом рынке стремительно повышаются требования к качеству и главное, к уровню специальных свойств поликристаллических ИК -световодов, которые достигаются созданием регулируемых дефектов в кристаллах, из которых получают методом экструзии ИК - световоды [1-7].
Поиск и разработка реальных, т.е. дефектных кристаллов, обладающих различными структурно - чувствительными свойствами - оптическими, люминесцентными, прочностными, магнитными, фотоэлектрическими и другими определяется составом кристаллов и степенью их дефектности, которые выступают в роли носителей этих свойств. Термин «дефект» приобрёл смысл нормального структурного элемента кристалла, от которого зависят свойства кристаллической матрицы. Главные принципы химии кристаллов с дефектами сформулированы в монографии [8], в которой авторы относят твёрдые растворы внедрения и замещения к кристаллам с дефектами.
Кристаллические вещества образуют новый класс материалов, которые могут эффективно использоваться в инфракрасной волоконной оптике. В настоящее время наилучшими свойствами для этого применения обладают кристаллы на основе твёрдых растворов галогенидов серебра [9-11] и одновалентного таллия, имеющие близкие температуры плавления для точек минимума на диаграммах их плавкости [12-18]. Кристаллы прозрачны от видимой до дальней ИК - области спектра (0,4 -40,0 мкм), обладают высокой пластичностью, негигроскопичностыо и не имеют эффекта спайности. Поэтому из них методом экструзии (выдавливанием) получают однослойные и двухслойные кристаллические ИК - световоды [19-37]. Однако в поликристаллических ИК - световодах на основе кристаллов КРС - 5 (Т1Вг -Т11) из-за рекристаллизации создаётся крупнозернистая микроструктура, которая сильно рассеивает свет, а также приводит к быстрому разрушению световода. Этот несобственный механизм рассеяния в совокупности с поглощением, которое обусловлено присутствием различных примесей, приводит к затуханию излучения. Кристаллы твёрдых растворов галогенидов серебра не подвергаются эффекту рекристаллизации, поэтому являются

Таблица 1.
Категории материалов для ИК - волоконной оптики [50]
Основная категория Подкатегория Примеры
Стеклянные световоды Фториды тяжёлых металлов 4-В аБ г-ЬаБз-АШ 3-ИаР
Г ерманиевые Ое02-РЬО; СеО.тАЬгОз
Халькогенидные АэгЗз; Ое-Те-8е
Кристаллические световоды Поликристаллические АцС1хВг1_х;Т1Вгх11_х
Монокристаллические сапфир
Пустотелые световоды Металлическая /диэлектрическая пленка Пустотелые стеклянные волноводы
Коэффициент преломления <1 Пустотелый сапфир (А,=10,6 мкм)
Высокой прозрачностью в спектральном диапазоне от 0,3 до 8,0 мкм обладают фторгафниевые, и барийториевые стёкла [50]. Однако получать ИК- световоды из этих стекол с низкими оптическими потерями не удаётся, вследствие присутствия в стёклах катионных и анионных примесей.
В настоящее время среди лучших халькогенидных световодов можно выделить световоды из трисульфида мышьяка, полученные Т. Канамори [67] и световоды на основе селенида и теллурида мышьяка, способны передавать излучение в диапазоне от 6,0 до 12,0 мкм [67]. Для диапазона спектра от 2 до 20 мкм применяются кристаллические и пустотелые световоды (табл. 1.2). Монокристаллические световоды выращивают методами микровытягивания, лазерного разогрева, капиллярного формообразования и методом подачи расплава под давлением. Многие кристаллы, такие как AgBr, АцС.], гпБе, ЫаС1, и др. имеют низкие теоретические оптические потери. Тем не менее, вырастить объёмные монокристаллические волоконные световоды, с требуемыми свойствами, не удается [50]. Поэтому более перспективными являются поликристаллические ИК - световоды, получаемые методом экструзии из