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Ge-S基硫卤玻璃红外光纤材料的组成、结构与性能研究

佟威  
【摘要】: 优异的透红外性能使得红外光纤材料在传感器、功率传输和长距离通信等领域中具有重大意义。而硫卤玻璃由于各向同性和结构均匀且在可见光和红外波长区域具有高透光性等优点而成为一种理想的红外光纤材料。本文研究了GeS_2-Ga_2S_3-KCl和GeS_2-In_2S_3-KCl两种新型硫卤玻璃红外光纤基体材料的制备工艺、成玻性能、热性能、光学性质和化学键特性。分析了玻璃各项性能随组成的变化关系。围绕组成-结构-性能这一主线,分析了KCl对于玻璃各种性质的影响。 在GeS_2-Ga_2S_3-KCl系统中,KCl的最大掺入量为0.6摩尔分数。该三元系统的玻璃形成区是由GeS_2-Ga_2S_3这个准二元系统逐渐向KGaS_(3/2)Cl复杂化合物延伸,在E线的两侧扩展成为一个狭长的区域。 xGeS_2-(1-x)In_2S_3二元系统不成玻,但掺入KCl后就可以得到透明的玻璃,B线:0.7GeS_2-xIn_2S_3(1-x)KCl上KCl的最小含量达到0.015。而且玻璃的颜色与玻璃组分的关系很明显。GeS_2-In_2S_3-KCl系统玻璃的形成区是在In_2S_3/KCl=1/1(组分)的两侧扩展成的一个狭长区域,其中KCl的最高含量可达到0.45摩尔分数以上。 GeS_2-Ga_2S_3-KCl和GeS_2-In_2S_3-KCl两个体系的Tg较高,在300~400℃之间;玻璃形成能力很好,η值在0.25~0.3之间。Cl~-对玻璃的网络起到终止作用,因此KCl使玻璃转变温度降低。而KCl的含量与玻璃形成能力呈现非线性关系:随着KCl的引入,η值先增大后减小。 两个系统玻璃的透过波长范围约为0.45~11.5μm。随着KCl的加入,玻璃的透红外截止波长没有变化,短波吸收限向短波移动。 拉曼光谱表明:KCl与GeS_2不发生相互作用。所研究体系玻璃的结构:共用Ga(In)原子的Ga(In)-S键和Ga(In)-Cl键形成的[GaS_3Cl]~-或[InS_3Cl]~-混合阴离子团均匀地弥散于由桥硫连接的[GeS_4]和[GaS_4]四面体构成的玻璃网络中。


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