除氧剂对红外硫系玻璃光学光谱性质的影响研究【开题报告】.doc

毕业设计开题报告 通信工程 除氧剂对红外硫系玻璃光学光谱性质的影响研究 选题的背景与意义 硫系玻璃是无机玻璃材料大家族中的一员。早在五十年代硫系玻璃就开始被作为透红外材料使用。这是因为, 与氧化物玻璃相比, 硫系玻璃具有较大的质量和较弱的键强,因而具有较长的透红外截止波(15μm) ,可有效地用于大气的第三个红外窗口(8～12μm )。六十年代激光技术的出现和迅速发展大大地促进了对自紫外至远红外传输介质的开发, 硫系玻璃作为透红外材料的实用价值亦在不断提高, 尤其在制备短距离传输小功率信号和能量传输光纤方面具有很大的潜力。进入八十年代以后, 随着激光器趋于小型化、大功率、长寿命和高稳定性, 应用领域日益广泛, 因而对1016μm CO2 激光传输光纤的实际需求量呈不断上升的趋势, 对硫系玻璃作为红外光纤材料的开发和研究也出现了一个新的高潮, 相继研制出A s- S, Ge- A s-S,A s- Se, Ge- A s- Se, Ge- P- S, Ge- S,Ge- Se, Ge- A s- Se - Te 和A s- Se- Te系统光纤材料。。 随着外太空生命探测、生物传感等远红外技术日益兴起，越来越需要发展新型远红外硫系玻璃材料。S基玻璃是由最轻的硫元素构成玻璃，其红外截止在10μm左右。Se基玻璃能将截止带红移至14μm，所以目前以最合适远红外太空和光谱指纹探测应用的就是新型的采用硫族中最重元素Te为主要基质组分的新型Te硫系玻璃材料。然而高性能透红外硫系玻璃材料的开发和应用长期来在很大程度上受到杂质对透过性能影响的制约。由于在11μm前后就出现了因氧化物杂质引起的强烈吸收段而导致玻璃不能透过, 使得硫系玻璃的实际透过区域只为0.8～ 11μm 。所以要达到上述实用价值，需要消除硫系玻璃中存在的微量杂质（主要是消除氧杂），得到高纯度的材料，因为硫系玻璃中非本征吸收损耗（主要由各种阴阳离子杂质引起）对其红外特性影响很大。目前国内外对新一代机械强度较高，抗热稳定性好的新型Te基硫系玻璃材料研究缺乏。 本研究从Te的化学、物理性能出发，利用氧化剂去除原料中氧化物GeO,SeO2，Sb2O3等氧化物杂质，获得最简单有效的高纯度硫系玻璃方法，同时研究不同的还原金属的含量对玻璃形成、光谱性质的影响，选出除氧剂的最佳添加量，从而获得最佳的除氧效果，同时保持玻璃结构中除氧剂含量最低；逐步减小氧化物与其它元素杂质影响，从而获得改良的高透过率，透红外波段远的新型硫系(硫卤)材料，促进半导体和玻璃制作业的发展。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 1、基本内容 在Te基硫系玻璃红外透过性能对杂质, 尤其对氧、碳和氢的存在非常敏感。这些杂质或者彼此结合, 或者与玻璃中的元素化合, 由此而生成的化合物在硫系玻璃的红外透过区内产生一系列程度不同的吸收。杂质氧通常被认为是在整个中红外区构成硫系玻璃中非本征吸收损耗的最主要原，因[配料或原料中混入的H2O，O，Te等杂质会引起玻璃中红外光谱区明显的吸收峰，而且不熔性杂质的存在，影响了Te玻璃的成玻璃性能，因此，在硫系玻璃的提纯化研究中，常常添加强还原剂如Mg、Al等来实现对玻璃原料中的O，H2O等杂质的去除。根据相关物理、化学过程利用活性金属Mg，Al等以及卤化物去除原料和玻璃中的氧和氢元素，分析多种玻璃提纯工艺对Te基硫系玻璃的红外截止波长长等光学特点的影响，探索有效的玻璃除氧工艺。 2、拟解决的主要问题 （1）由于除氧剂会形成难容物，影响了玻璃的光学均匀性，如Mg易与Se形成难容的MgSe等物质，所以要研究除氧剂的添加量对玻璃性能的影响，得出最佳的添加量 （2）如果采用真空蒸馏化提纯玻璃时，因为Mg会在高温下气化而进入新玻璃系统，故需探讨选择什么温度来除氧，从而减少除氧剂对玻璃性能的影响 （3）本课题中探讨Mg，Al等不同除氧剂对硫系玻璃组分的影响，研究出最合适硫系玻璃用的除氧剂 三、研究的方法与技术路线： 真空提纯碲是利用碲在熔融状况下，碲与杂质之间存在明显的蒸汽压、蒸发速度差别，在真空条件下碲蒸发而杂质残留于液相之中, 从而使碲与杂质分离。该法具有一定的提纯效果, 是目前国内外采用的高纯碲制备工艺中的中间提纯方法。利用真空提纯法，在玻璃组分中加入Mg、Al等除氧剂，制备出除氧后的玻璃。利用红外光谱技术和多声子吸收理论分析特定玻璃组分下的红外光谱特性，对硫系玻璃进行光谱性能测试。红外光谱主要是激发分子的声子跃迁，是分子结构的客观反映，谱图中的吸收峰都对应着分子中各个基团的振动方式（伸缩或者弯曲振动）。根据红外谱特性，观察各除氧剂对硫系玻璃的除氧效果，选出理想的除氧剂 （1）选取Te基硫系玻璃原料，根据不同预处理工艺设计不同工艺方案制取样品 （2）利用真空提纯法对不加除氧剂的原料和分