正电子湮灭技术在玻璃性能与结构表征方面的应用

【摘要】： 本论文采用正电子湮灭寿命谱对氧化物玻璃、硫系玻璃、多孔玻璃的性能与结构进行了系统研究,研究内容主要涉及玻璃组成、玻璃的析晶性能、玻璃的辐照效应、以及玻璃的纳微结构等。本工作还借助玻璃的密度、显微硬度、吸收和透过光谱,以及XRD图谱等测试手段与正电子湮灭寿命谱的实验结果进行比较。结果表明,正电子湮灭技术在研究玻璃组成、析晶性能、抗辐照性能,尤其是在研究纳米尺度的缺陷方面具有独到的优势。 用正电子湮灭寿命谱研究了以ZnO为发光中心的闪烁玻璃(55-x)SiO2-45ZnO-xBaF2(x=5,10,15)、重金属氧化物玻璃xPbO-10B2O3-(90-x)SiO2(x=40,45,50,55)以及硫系玻璃GeS2-Sb2S3-PbS和(80-x)GeSe2-xAs2Se3-10PbSe(x=10-90)组成-结构的相互关系,实验结果表明,正电子寿命参数的变化规律与玻璃的密度、显微硬度、以及短波截止波长的变化规律一致。对经不同条件热处理后的氧化物玻璃和硫系玻璃进行了正电子湮灭寿命谱测试,实验结果表明,随着热处理时间的增加,氧化物玻璃和硫系玻璃的正电子寿命各参数值与玻璃的短波吸收或透过光谱的变化规律相一致。由于短波截止波长的变化可以较好地反映玻璃结构中纳米尺度的晶相生成过程,而传统XRD图谱的灵敏度不足以探测所研究的玻璃中的纳米晶,因此正电子湮灭寿命谱弥补了在研究玻璃析晶过程中这方面的不足。本论文还用正电子湮灭寿命谱研究了两个重金属氧化物玻璃系统55PbO-10B2O3-35SiO2和50Bi2O3-10B2O3-32SiO2-8Sb2O3的伽马射线辐照性能,发现两个玻璃系统在辐照作用下的正电子寿命参数有不同的变化规律,但都与玻璃的短波截止波长和透过率的变化规律一致。如对50Bi2O3-10B2O3-(40-x)SiO2-xSb2O3(x=0、1、3、8)玻璃在15.5kGy辐照剂量下辐照之后的研究发现,所有含Sb203的样品,其τ1和τ2均比不含Sb2O3的样品大,且变化规律与玻璃的短波截止波长和透过率的变化规律非常吻合。还用正电子寿命谱的长寿命τ3及其所对应的强度I3作为多孔玻璃孔结构的表征参数,即用长寿命T3表示孔径的大小,用强度I3表示孔的浓度。用DOE方法研究了多孔玻璃在酸析过程中,酸的种类、酸的浓度、酸处理时间、酸处理温度以及酸与玻璃比这五个参数对多孔玻璃孔结构的影响。DOE分析结果表明,在这五个参数中,酸与玻璃比和酸的种类这两个参数对多孔玻璃的正电子湮灭长寿命T3(即孔径)影响最大,而酸与玻璃比和酸的浓度这两个参数对多孔玻璃的正电子湮灭长寿命强度I3(即孔的浓度)影响最大。