Строение и оптические свойства фторидных стекол по данным колебательной спектроскопии

• Автор: Стремоусова, Елена Анатольевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 141 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЩИЕ АСПЕКТЫ СТРОЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ

СТЕКОЛ (Литературный обзор)

1Л. Модели строения стекла

1.2. Критерии стеклообразования

1.3. Классификация фторидных стекол и стеклообразующие

фторидные системы

1.4. Физические свойства фторидных стекол

1.5. Спектроскопические методы исследования фторидных стекол
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ ФТОРЦИРКОНАТНЫХ СТЕКОЛ МЕТОДОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
2.1. Методика эксперимента
2.1.1. Синтез стекол
2.2. Исследование стекол в системах: 2гЕ4-АЕ2-МГз (А=8г, Ва, РЬ; М=А1,
У, Ьа, Ой)
2.3. Многокомпонентные барийфторцирконатные стекла
2.4. Стекла в системах: 2гГ4-8пЕ2-ВаГ2, ХтЕ4-8пЕ2-ОаЕз
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ СТЕКОЛ
НА ОСНОВЕ ТРИФТОРИДОВ ГАЛЛИЯ И ИНДИЯ
3.1. Синтез стекол
3.2. Стекла в системе ОаГ3-РЬЕ2-МГ2 (М= Ва, Мп, Ъь, М§)
3.3. Стекла в системе 1пЕ3-РЬЕ2-МЕ2 (М= Ва, Мп, Ъа)
3.4. Исследование стекол в системах: ОаЕ3-8пЕ2, ОаЕз-8пЕ2-ВаЕ2
3.5. Стекла в системе ІпЕ3-ВіЕ3-ВаЕ
ЕЛАВА IV. НИЗКОЧАСТОТНОЕ КОМБИНАЦИОННОЕ
РАССЕЯНИЕ СТЕКОЛ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ИК - инфракрасный
КР - комбинационное рассеяние
НКР - низкочастотное комбинационное рассеяние
КЧ - координационное число
ЯМР - ядерный магнитный резонанс
ЕХАРБ - протяженная тонкая структура рентгеновских спектров поглощения
ЯГР - ядерный гамма резонанс
ЯКР - ядерный квадрупольный резонанс
Рь - мостиковый атом фтора
РпЬ - немостиковый атом фтора
- симметричное валентное колебание уа15 - асимметричное валентное колебание 10 - коррелящюнная длина области среднего порядка в стекле со - частота бозонного пика в спектре КР К - силовая постоянная
М - средняя эффективная масса гармонических осцилляторов

ВВЕДЕНИЕ
Помимо кристаллических неорганических фторидов, которые широко применяются в различных областях науки и техники, аморфная форма материалов - фторидные стекла также является перспективной.
По сравнению с хорошо изученными оксидными стеклами фторидные стекла обладают рядом преимуществ: более широкая область пропускания, вследствие чего потери на пропускание у фторидпых стекол значительно ниже, чем, например, у силикатных [1]. Стекла на основе фторидов тяжелых металлов обладают более высокой ионной проводимостью по сравнению с силикатными стеклами [2]. Возможность получения устойчивых фторидньтх стекольных композиций, характеризующихся критической скоростью охлаждения порядка 1К/с, и получение крупных заготовок представляет интерес для конструктивной оптики, квантовой электроники [3] и создания на их основе сцинтилляторов [4]. Возможность допирования фторидных стекол редкоземельными элементами позволяет рассматривать эти стекла как перспективные материалы для разработки устройств, передающих мощные световые потоки [5, б], волоконных датчиков и приборов с низким уровнем шума, в частности, лазерных и оптических систем, ионоселективных электродов и других химических сенсоров [7]. В ряде работ продемонстрирована возможность их применения в медицинских приборах [8, 9].
Перспективностью этих материалов для практического применения обусловлено появление большого числа многокомпонентных фторидных стекол. Среди них выделяют два основных класса: фторцирконатные или стекла на основе фторидов тяжелых металлов [10] и стекла на основе трифторидов [11]. В настоящее время работы по получению стекол ведутся по двум направлениям: синтез совершенно новых стекол и улучшение характеристик стекол известных составов путем подбора оптимальных композиций.
Сразу после открытия фторидных стекол появляется большое число работ по изучению строения или свойств стекол. Однако работ по исследованию изменения структуры и свойств при варьировании компонент стекла немного, хотя нет сомнения во взаимосвязи строения и свойств материалов. Систематическое

ИК спектры фторцирконатных и фторгафнатных стекол содержат высокочастотные полосы с максимумами 530 и 515 см'1, которые были отнесены к асимметричным валентным колебаниям мостиков 7х-¥ -7л и НГ-Р-НГ соответственно, а низкочастотные полосы с максимумами 239 и 222 см"1 - к симметричным валентным колебаниям мостиков 7х-¥-7х Н1-Р-Н1' [77, 87]. Напротив, в ИК - спектре стекла 601пБз-40ВаР2 высокочастотная полоса с максимумом 486 см'1 была отнесена к асимметричным валентным колебаниям, а низкочастотная (220 см'1) - к симметричным колебаниям немостиковых фторов в полиэдре 1пР6 [100]. Однако на основании сравнения со спектрами оксидных и фторбериллатных стекол, в работе [84], ставятся под сомнение отнесения, сделанные в работах [87, 100], и предполагается, что низкочастотные полосы скорее следует отнести к деформационным модам ¥-7л-¥ и Р-НР-Б. Кроме того, сетки стекол тяжелых металлов помимо мостиков должны содержать довольно большое количество терминальных (концевых) групп. Поскольку асимметричные валентные колебания как мостиков, так и концевых групп ИК активны, то высокочастотная полоса должна состоять, по крайней мере, из двух интенсивных полос. Этим, как полагают [84], можно объяснить большую ширину и, как правило, наблюдаемую асимметрию высокочастотных полос в спектрах стекол на основе фторидов тяжелых металлов. Эти полосы представляют собой суперпозицию полос различной природы. При интерпретации этих полос необходимо помнить о перекрывании полос, обусловленных колебаниями М-Рь-М и (МРпЬ)п групп, а также о возможности добавления вкладов симметричных валентных колебаний, наличии искажения полиэдров и структурнонеэквивалентных групп. Большая ширина второй полосы (низкочастотной) в спектрах стекол на основе фторидов тяжелых металлов также обусловлена перекрыванием неразрешенных полос, соответствующих деформационным колебаниям Р„ь-М-Рпь и Рь-М-Рь.
Методом КР исследовались не только фторцирконатные стекла, но и стекла на основе трифторидов металлов. Так, в работах [100, 86] исследовались бинарные стекла в системах 1пРз-ВаР2(БгР2). На основании сравнения спектров КР стекол со спектрами комбинационного рассеяния кристаллического 1пРз был сделан вывод о