Получение и физико-химические свойства особо чистых стекол системы GaxGey-xS100-y (x = 0–15; y = 40–42) для инфракрасной оптики

ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. Обзор свойств и методов получения стекол системы Ga – Ge – S 10
1.1. Фазообразование в системе Ga – Ge – S 10
1.2. Стеклообразование в системе Ga – Ge – S 14
1.3. Структура стекол системы Ga – Ge – S 17
1.4. Свойства стекол системы Ga – Ge – S 23
1.4.1. Физико-химические свойства 24
1.4.2. Оптические свойства 35
1.5. Кристаллизация стекол системы Ga – Ge – S. Оптическая стеклокерамика 46
1.6. Методы получения стекол системы Ga – Ge – S 55
Глава 2. Физико-химические, оптические свойства и кристаллизационная устойчивость стекол системы GaxGeyS100-x-y (x = 0–15; y = 40–42) 61
2.1. Методика получения и химический состав стекол 61
2.2. Характеристические температуры и параметры кристаллизационной устойчивости 64
2.3. Адгезия к кварцевому стеклу 64
2.4. Прозрачность и примесное поглощение в среднем ИК диапазоне 71
2.5. Коротковолновый край прозрачности 72
Глава 3. Фазообразование в стеклообразующей системе GaxGe40-xS60 74
3.1. Химический и фазовый состав кристаллов, образующихся при закалке расплавов GaxGe40-xS60 74
3.2. Химический и фазовый состав кристаллов, образующихся при термической обработке стекол GaxGe40-xS60 74
3.3. Ликвация при закалке расплавов GaxGe40-xS60 74
Глава 4. Разработка способа получения особо чистых стекол на основе сульфидов германия и галлия 74
4.1. Термодинамическое моделирование систем Ge-S, Sb-S, GaI3 – S, 75
4.2. Получение кристаллических Ga2S3 и ZnGa2S4 через летучие йодиды 88
4.3. Очистка исходных веществ 93
4.4. Методика получения особо чистых стекол систем Ga-Ge-S и Ga-Sb-S 95
4.5. Примесный состав стекол 98
Глава 5. Обсуждение результатов 100
Выводы 106
Литературные источники 107

Весь текст будет доступен после покупки

Халькогенидные стекла представляют собой разнообразный класс неорганических стеклообразных материалов, содержащих серу, селен, теллур и их соединения с элементами XIII-XV группы Периодической системы. Они отличаются высокой прозрачностью в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах, нелинейностью оптических свойств, низкой энергией фонов и большей химической устойчивостью по сравнению со стеклами на основе галогенидов металлов. Это делает их применение широким, включая использование в инфракрасной оптике для изготовления линз, окон, волноводов, световодов, а также материалов для электролитов.

Особый интерес представляют стекла на основе сульфидов германия и галлия, благодаря их высоким температурам стеклования и меньшей токсичности по сравнению с другими стеклами. Они также обладают способностью растворять редкоземельные элементы, что делает их перспективными для использования в источниках излучения, усилителях и лазерах среднего инфракрасного диапазона. Волоконные световоды из этих стекол могут быть использованы для регистрации химического состава газов, жидкостей и биологических объектов.

Стекла системы Ga-Ge-S изучены во многих работах, но большинство из них посвящены стеклам с высоким содержанием серы. Недавние исследования свойств стекол с пониженным содержанием серы показывают их улучшенные параметры и вызывают повышенный интерес в связи с их потенциальным использованием в оптическом материаловедении.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Обзор свойств и методов получения стекол системы Ga – Ge – S
1.1. Фазообразование в системе Ga – Ge – S

Стеклообразование в системах на основе халькогенидов рационально исследовать, начиная с соответствующих фазовых диаграмм из-за прослеживаемых закономерностей между свойствами кристаллических фаз, расплавов и стекол [1, 3, 38]. Например, фазовая диаграмма системы Ge-S, построенная на основе результатов дифференциального термического анализа и порошковой рентгеновской дифракции, представлена на рисунке 1 [56]. Температура плавления германия составляет 937±1 °C, при этом существует широкая область расслоения (ликвации) в интервале содержания серы от 1 до 37 ат.%. В системе обнаружены два бинарных соединения, а именно GeS2 и GeS.

Сульфид германия(II) плавится инконгруэнтно при 658±5 °C с выделением германия и образованием расплава, содержащего около 53 ат. % серы. При атмосферном давлении установлено существование одной полиморфной модификации GeS с орторомбической сингонией элементарной ячейки [57] (табл. 1).

Дисульфид германия плавится конгруэнтно при 850 °C. При атмосферном давлении установлено существование высокотемпературной (?-GeS2) и низкотемпературной (?-GeS2) полиморфных модификаций дисульфида германия [58, 59]. Обе модификации имеют моноклинную сингонию элементарной ячейки (табл. 1). Полиморфное превращение ?-GeS2??-GeS2 происходит при 520 °C в области, обогащенной германием, и при 497±3 °C со стороны серы. На высоких давлениях известно несколько полиморфных модификаций GeS2 [60-62].

Моно- и дисульфид германия взаимодействуют с образованием эктектики, содержащей 57.5 ат. % серы, с температурой плавления 597±3 °C. Возможно существование второй области расслаивания выше 700±15 °C при содержании серы 77–85 ат. %.

Что касается системы Ga-S, в литературе имеются неоднозначные данные по диаграмме состояния. Надежно установлено существование сульфидов состава GaS (температура плавления 969 °C), Ga2S3 (температура плавления 1110 °C) и эвтектики между ними с температурой плавления около 910 °C [63-65]. В работе [66] также упоминаются инконгруэнтно плавящиеся сульфиды галлия Ga2S и Ga4S5, но подтверждения существования этих соединений методом рентгеноструктурного анализа отсутствуют.

Весь текст будет доступен после покупки

[1] Минаев, В.С. Стеклообразные полупроводниковые сплавы / В.С. Минаев. – М.: Металлургия, 1991. – 407 с.
[2] Виноградова, Г.З. Стеклообразование и фазовые равновесия в халькогенидных системах: Двоиные и троиные системы // М. : Наука, 1984. – 174 с.
[3] Фельц, А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела / А. Фельц. – М.: Мир, 1986. – 558 с.
[4] Optical properties chalc glasses
[5] J. Heo, W. J. Chung, Rare-earth-doped chalcogenide glass for lasers and amplifiers, In: “Chalcogenide glasses: preparation, properties and applications” Editors: J.-L. Adam and X. Zhang, Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials: Number 44. 2014. Oxford Cambridge Philadelphia New Delhi. PP.381–410 (607 pp).
[6] Richardson, K.A., Kang M. Chapter 1 - Chalcogenide materials for mid-wave infrared fibers // Mid-Infrared Fiber Photonics. – 2022. – P. 3–46.
[7] Mehta, N. Applications of chalcogenide glasses in electronics and optoelectronics: A review / N. Mehta // J. of Scientific & Industrial Research. – 2006. – Vol. 65. – P. 777–786.

Весь текст будет доступен после покупки