硫系玻璃小述

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硫系玻璃的研究与应用

硫系玻璃的研究与应用

硫系玻璃的研究与应用摘要:硫系玻璃具有许多光、电学上的特殊性质,作为一种非氧化物玻璃越来越受到人们的关注,本文对其光学和热学性能、制备方法及其研究应用进展进行了较为详实的阐述。

关键词:硫系玻璃光学性能制备应用1 前言硫系玻璃常被认为是含有一种或多种除氧之外的氧族元素如S、Se、Te等,加上As、Ga之类的电负性较弱的元素而形成的非晶态(玻璃)材料的总称。

此外还可以加上Si、Sn、Pb、B、Zn、Ti、Ag等元素,如果加入一些卤族元素,则称之为硫卤玻璃。

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,既能形成极性键又能形成共价键,因此该玻璃并不遵循化学计量比,可以含有较多的S或Se,其中过量的S或Se可以形成共价型长链。

最早仅将As2S3制成玻璃态,用作光学材料是在二次大战以后,由于发展中、远红外热成像、红外被动光学系统等需要才逐渐受到重视。

由于硫系玻璃具有较长的透红外截止波长(>15μm),故早在上世纪50年代硫系玻璃就开始被用作透红外材料,特别是1960年以后激光技术的迅速发展,促进了自紫外至远红外传输介质的开发,因此自上世纪60年代中期至80年代,实用价值在不断提高。

它的特点在于有较高的转变温度,较好的力学性能,制成的纤维有较好的可挠性,但硫系玻璃的折射率大,瑞利散射强,中红外区本征吸收较大。

硫系玻璃的电学性质研究得很多,而且也取得了有实用价值的新进展。

本文主要概述了硫系玻璃基本的光学、热学性质,综述了硫系玻璃的制造方法,并对其潜在的应用领域做出了阐述。

2 硫系玻璃的光学特性2.1 透过性能硫系玻璃在红外区有很高的透过率,但随成分的变化其光谱性能也不一样。

硫化物玻璃在可见光部分有部分透过,而硒锑化物玻璃在可见光部分没有透过,它们仅仅在近红外和中红外区有透过,在长波区的截止波长大约分别是:硫化物玻璃为12μm、硒化物为15μm、2~3之间,所以其空气/10%~25%,这也同时意味着有较大的瑞利散射。

硫系玻璃透射曲线

硫系玻璃透射曲线

硫系玻璃透射曲线硫系玻璃的光学性能主要表现在透射曲线上。

透射曲线是指物质对不同波长光的透过率与波长之间的关系曲线。

硫系玻璃的透射曲线与常规玻璃的透射曲线有很大的区别。

下面我们将详细介绍硫系玻璃的透射曲线特点及其应用。

硫系玻璃的透射曲线主要表现在可见光谱和红外光谱范围内。

在可见光谱范围内,硫系玻璃的透过率较低,大约在400-600nm波长范围内达到最低点(透过率仅为10%左右),因此硫系玻璃的颜色呈现灰色或棕色。

而在红外光谱范围内,硫系玻璃的透过率非常高,可以达到90%以上,且波长越长,透过率越高。

因此,硫系玻璃是一种特殊的红外透明材料。

硫系玻璃的透射曲线特点还包括:波数范围窄,且在红外光谱范围内具有一定的选择性透过率。

硫系玻璃的红外光透射谱可以分为若干个区域,每个区域具有不同的透射特性。

其中,窗口区域是硫系玻璃最重要的透射区域之一。

窗口区域的波数范围在550-3800cm-1之间,是红外光谱分析中最常用的一个区域。

此外,硫系玻璃还具有一定的选择性透射率,可以针对不同的红外光谱分析需要进行调节。

硫系玻璃的透射曲线特点决定了它在光学领域中的广泛应用。

硫系玻璃主要用于红外光学、光纤通信、激光技术等领域。

其中,硫系玻璃在红外光学领域中的应用最为广泛。

硫系玻璃的高透过率和窄波数范围使它成为制造红外光学器件的理想材料。

硫系玻璃可以制备成各种光学元件,如红外光学窗口、棱镜、滤波器、反射镜等。

此外,硫系玻璃还可以制备成各种形状的光纤,如单模光纤、多模光纤、非线性光纤等,被广泛应用于光纤通信、激光技术、化学传感器等领域。

总之,硫系玻璃的透射曲线是其光学性能的重要体现,也是其应用的基础。

硫系玻璃不仅具有较好的透过率和选择性透射率,而且具有高熔点和热稳定性等优点,使其成为制造光学器件和光纤的理想材料,被广泛应用于光学、通信、化学等领域。

硫系玻璃———助力防疫,见所未见

硫系玻璃———助力防疫,见所未见
员的广泛关注。 但是由于其合成工艺的特殊性,需求牵引不足以及技术成熟度不够,国内相关研发进展缓
慢。 历经八年,中国建筑材料科学研究总院有限公司( 下文简称中国建材总院) 特种玻璃团队在硫系玻璃原
料的提纯技术、熔制技术、成型技术以及表面镀膜技术等方面进行持续深耕,取得了一系列显著的成绩。 通
过反应器脱羟、原料提纯、除杂剂引入等技术实现了硫系玻璃原料的高质量纯化,显著降低了环境杂质和水
分对红外透过性能的影响,提高了硫系玻璃整体红外透过率;自主研发的高精度、复杂面型硫系玻璃光学元
件的成型技术,极大地推动了红外成像光学系统向低成本、小尺寸和轻质化方向的发展;先后攻克的表面沉
积红外增透膜和防护膜工艺,使硫系玻璃在长波红外波段的平均透过率超过 97% ,膜层性能稳定可靠,满足
GJB 2485—1995《 光学膜层通用规范》 要求。
外大气窗口;(2) 折射率温度系数较低,色散较小;(3) 光学均匀性较高,便于实现光学系统的热失焦调整和
色差校正,即利用硫系玻璃制备透镜的红外测温系统在低温、高温环境的成像质量与常温的成像质量差距不
大,成像性能稳定。
作为一种性能优异的红外材料,硫系玻璃以其独特的优势,吸引着国内外材料专家、学者和相关从业人
第 40 卷 第 7OF

THE

CHINESE

CERAMIC

SOCIETY
Vol. 40 No. 7
July,2021



封面故事

硫系玻璃———助力防疫,见所未见
红外热成像技术集光、机、电等尖端技术于一体,通过光电转换、电信号处理等手段,将目标物体的温度
十年磨一剑,中国建材总院硫系玻璃应用产品走出一条 “ 光学设计—玻璃制备—精密成型—表面镀

硫系玻璃及其在红外光学系统中的应用

硫系玻璃及其在红外光学系统中的应用

硫系玻璃及其在红外光学系统中的应用
硫系玻璃是一种由硫、硼、碳和氧组成的透明材料,具有良好的热稳定性和耐腐蚀性。

它是一种低成本的高硬度玻璃,具有良好的光学性能和耐腐蚀性。

硫系玻璃主要由SiO2、
B2O3、CS2和PbO组成,可以抗温度大约6000℃高温,具有良好的抗热稳定性和耐腐蚀性。

硫系玻璃主要应用于红外光学系统,主要有以下特点:
1. 硫系玻璃具有红外透射能力,其红外光学性能极好,可以高透率地透射外界的电
磁波,这让它可以有效地被红外系统使用。

2. 硫系玻璃也具有高热稳定性和耐腐蚀性,可以抗高温,使红外光学系统具备更高
的可靠性和安全性。

3. 硫系玻璃具有良好的光学特性,可以有效地抑制反射和散射,提高系统的转换效率。

4. 硫系玻璃抗振性能良好,可以防止光波的干扰,保证红外光学系统的光感和信号
获取精度。

不仅如此,硫系玻璃还可用于在空气中传输红外的通讯系统,尤其是在高空任务中,
空气的存在可以有效的减少外界的干扰,硫系玻璃的存在可以抑制除空气以外的干扰,保
证红外传输系统的稳定。

综上所述,硫系玻璃是红外光学系统不可或缺的组成部分,具有良好的性能和安全性,不仅可用于红外光学系统,还可用于红外通讯系统,能够有效地抑制外界的干扰,提高通
讯信号的可靠性。

50年代BT科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究1968年SR

50年代BT科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究1968年SR

第十三章非晶态半导体50年代B.T.科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究,但直到1968年S.R.奥弗申斯基关于硫系薄膜制作开关器件的专利发表以后,才引起人们对非晶态半导体的兴趣。

1975年W.E.斯皮尔等人在硅烷辉光放电分解制备的非晶硅中实现了掺杂效应,使控制电导和制造PN 结成为可能,从而为非晶硅材料的应用开辟了广阔的前景。

在理论方面,P.W.安德森和N.F.莫脱建立了非晶态半导体的电子理论。

一、非晶态半导体的分类目前主要的非晶态半导体有两大类。

1、硫系玻璃:含硫族元素的非晶态半导体。

例如As-Se 、As-S ,通常的制备方法是熔体冷却或气相沉积。

2、四面体键非晶态半导体。

如非晶Si 、Ge 、GaAs 等,此类材料的非晶态只能用薄膜淀积的办法(如蒸发、溅射、辉光放电或化学气相淀积等),只要衬底温度足够低,淀积的薄膜就是非晶态结构。

四面体键非晶态半导体材料的性质,与制备的工艺方法和工艺条件密切相关。

图1中a 、b 是硅烷辉光放电分解,衬底温度分别为500K 和300K ,c 是溅射,d 为蒸发。

非晶硅的导电性质和光电导性质也与制备工艺密切相关。

其实,硅烷辉光放电法制备的非晶硅中,含有大量H ;不同工艺条件,氢含量不同,直接影响到材料的性质。

与此相反,硫系玻璃的性质与制备方法关系不大。

由图2可见,用熔体冷却和溅射的办法制备的As 2SeTe 2样品,它们的光吸收系数谱具有相同的曲线。

二、非晶态半导体的电子结构1、能带结构:非晶态与晶态半导体具有类似的基本能带结构,也有导带、价带和禁带。

以四面体键的非晶Ge 、Si 为例,Ge 、Si 中四个价电子经SP 3杂化,近邻原子的价电子之间形成共价键,其成键态对应于价带;反键态对应于导带。

无论是Ge 、Si 的晶态还是非晶态,基本结合方式是相同的,只是在非晶态中键角和键长也有一定程度的畸变,因而它们的基本能带结构是类似的。

2、电子态:非晶态半导体中的电子态与晶态比较有着本质的区别。

硫系玻璃小述

硫系玻璃小述

门窗网报道:硫系玻璃的研究与应用来源:中国门窗信息网发布时间:2009-11-20 点击数:592关键词:设备,摘要:硫系玻璃具有许多光、电学上的特殊性质,作为一种非氧化物玻璃越来越受到人们的关注,本文对其光学和热学性能、制备方法及其研究应用进展进行了较为详实的阐述。

关键词:硫系玻璃光学性能制备应用1 前言硫系玻璃常被认为是含有一种或多种除氧之外的氧族元素如S、Se、Te等,加上As、Ga之类的电负性较弱的元素而形成的非晶态(玻璃)材料的总称。

此外还可以加上Si、Sn、Pb、B、Zn、Ti、Ag等元素,如果加入一些卤族元素,则称之为硫卤玻璃。

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,既能形成极性键又能形成共价键,因此该玻璃并不遵循化学计量比,可以含有较多的S或Se,其中过量的S或Se可以形成共价型长链。

最早仅将As2S3制成玻璃态,用作光学材料是在二次大战以后,由于发展中、远红外热成像、红外被动光学系统等需要才逐渐受到重视。

由于硫系玻璃具有较长的透红外截止波长(>15μm),故早在上世纪50年代硫系玻璃就开始被用作透红外材料,特别是1960年以后激光技术的迅速发展,促进了自紫外至远红外传输介质的开发,因此自上世纪60年代中期至80年代,实用价值在不断提高。

它的特点在于有较高的转变温度,较好的力学性能,制成的纤维有较好的可挠性,但硫系玻璃的折射率大,瑞利散射强,中红外区本征吸收较大。

硫系玻璃的电学性质研究得很多,而且也取得了有实用价值的新进展。

本文主要概述了硫系玻璃基本的光学、热学性质,综述了硫系玻璃的制造方法,并对其潜在的应用领域做出了阐述。

2 硫系玻璃的光学特性2.1 透过性能硫系玻璃在红外区有很高的透过率,但随成分的变化其光谱性能也不一样。

硫化物玻璃在可见光部分有部分透过,而硒锑化物玻璃在可见光部分没有透过,它们仅仅在近红外和中红外区有透过,在长波区的截止波长大约分别是:硫化物玻璃为12μm、硒化物为15μm、碲化物为20μm。

硫属化物玻璃

硫属化物玻璃

硫属化物玻璃近十多年来,有一大批无氧硫属化物玻璃得到了飞速发鲢,这种玻璃对红外光学和电子学具有重大的意义。

其先驱者为一百多年来已为人们熟知的As2S,玻璃。

硫属化物玻璃,是以熔融两种或两种以上组分制成的,这些组分为勘,Ge、As、S、5e,Te、P、Sb、Sn和卤族元素。

熔炼要在北空或无氧气氛中进行,所用的坩埚是石英玻璃或。

派勒克斯”型玻璃制的圆筒形容器。

最高熔炼温度一般不超过1000℃:玻璃液用机械方法加以搅拌。

熔制好的玻璃通常不透可见光,因此外表呈黑色。

氧化物玻璃的光透过在红外光谱区3弘m处便终止了,最大限度可到5J真m,而硫属化物玻璃直到20—25p,m仍具有良奸的透过率。

最适于红外透过的是碲化物玻璃,而硫化物玻埚则比较差,因为该玻璃的透过波长不超过101~m。

硫属物玻璃的特点是具有高折射率(Nd二2.1—3,8),低软/t点(泞0,-500℃)和高线性热膨胀系数(o·10”=]0一指正℃—’))。

可举Gel0As20Te70玻璃为例,它在2—20pm范围内补良好的光透过率,折射率为3.35,软化点为178℃。

硫属化物玻璃在电子学中具有重要的意义。

由于该玻璃软化温度低和化学稳定性好,因而可用来保护电子元件与电路-其中有些玻璃还具有光电导性,硫届化物玻璃在室温—F的电阻在10。

因此这里所指的仅仅从电子的导电性。

大多数硫属化物玻璃都属于P型半导体系列,其中有些玻璃可呈现出几种电导状态,因此又具有开关此记忆效应。

至于开头谈到的玻璃,例如奥弗申斯基(OB山n—ncxn访)研制的Ge一坑一As—Te硫属化物玻璃,在达到临界电压后,电阻会产生瞬时穿透性变化。

玻璃从不导电状态过渡到导电状态是以很大的速度(由100微微秒到2毫微秒)进行的,而且硫属化物玻璃的导电性能发生可逆的变化。

表7—25举出了几种硫属化物玻璃成分的实例。

目前,在硫属化物玻璃的玻璃生成、结构和性质方面已经积累了非常丰富的试验资料。

硫系玻璃 研究意义

硫系玻璃 研究意义

硫系玻璃研究意义
硫系玻璃是一种由硫化物和金属元素组成的非晶态材料,具有优异的光学、电学、热学、力学和化学性质,因此在多个领域具有广泛的应用前景。

研究硫系玻璃的意义主要体现在以下几个方面:
1.具有优异的光学性能:硫系玻璃具有较高的折射率和色散,广泛应用于红外光学、激光系统、光传输等领域。

2.具有优异的电学性能:硫系玻璃的导电性能较佳,可用于制备电子器件和电池材料。

3.具有优异的化学稳定性:硫系玻璃材料可以耐受强酸强碱等刻蚀条件,是研究化学反应、制备催化剂等领域的重要材料。

4. 可用于制备新型纳米材料:硫系玻璃可以用于合成纳米材料、纳米合金和纳米孔材料等,具有 potential 的应用前景。

5.可用于制备可重复使用的催化剂:硫系玻璃可以制备成稳定性高的催化剂,有助于研究复杂化学反应机制。

综上所述,研究硫系玻璃的意义十分重大,能够促进科学技术的发展和应用。

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门窗网报道:硫系玻璃的研究与应用来源:中国门窗信息网发布时间:2009-11-20 点击数:592关键词:设备,摘要:硫系玻璃具有许多光、电学上的特殊性质,作为一种非氧化物玻璃越来越受到人们的关注,本文对其光学和热学性能、制备方法及其研究应用进展进行了较为详实的阐述。

关键词:硫系玻璃光学性能制备应用1 前言硫系玻璃常被认为是含有一种或多种除氧之外的氧族元素如S、Se、Te等,加上As、Ga之类的电负性较弱的元素而形成的非晶态(玻璃)材料的总称。

此外还可以加上Si、Sn、Pb、B、Zn、Ti、Ag等元素,如果加入一些卤族元素,则称之为硫卤玻璃。

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,既能形成极性键又能形成共价键,因此该玻璃并不遵循化学计量比,可以含有较多的S或Se,其中过量的S或Se可以形成共价型长链。

最早仅将As2S3制成玻璃态,用作光学材料是在二次大战以后,由于发展中、远红外热成像、红外被动光学系统等需要才逐渐受到重视。

由于硫系玻璃具有较长的透红外截止波长(>15μm),故早在上世纪50年代硫系玻璃就开始被用作透红外材料,特别是1960年以后激光技术的迅速发展,促进了自紫外至远红外传输介质的开发,因此自上世纪60年代中期至80年代,实用价值在不断提高。

它的特点在于有较高的转变温度,较好的力学性能,制成的纤维有较好的可挠性,但硫系玻璃的折射率大,瑞利散射强,中红外区本征吸收较大。

硫系玻璃的电学性质研究得很多,而且也取得了有实用价值的新进展。

本文主要概述了硫系玻璃基本的光学、热学性质,综述了硫系玻璃的制造方法,并对其潜在的应用领域做出了阐述。

2 硫系玻璃的光学特性2.1 透过性能硫系玻璃在红外区有很高的透过率,但随成分的变化其光谱性能也不一样。

硫化物玻璃在可见光部分有部分透过,而硒锑化物玻璃在可见光部分没有透过,它们仅仅在近红外和中红外区有透过,在长波区的截止波长大约分别是:硫化物玻璃为12μm、硒化物为15μm、碲化物为20μm。

硫系玻璃的折射率比氧化物玻璃高很多,一般在2~3之间,所以其空气/玻璃界面的菲涅耳反射率高达10%~25%,这也同时意味着有较大的瑞利散射。

硫系玻璃光纤的透过率并不高,其主要原因是有较大的非本征吸收。

对于硫化锗光纤,理论上估计在5μm处的本征吸收为10-2dB,这没有考虑由于带尾引起的额外吸收以及一些玻璃污染和内部缺陷引起的吸收。

不考虑瑞利散射,仅仅是带尾吸收引起的吸收最低约为10dB/km。

另外一些氢氧化物和氢化物在中红外区有较强的吸收带而且极难除去,因此,硫系玻璃在中红外区的吸收主要是由带尾吸收和非本征吸收引起的。

在8~12μm的远红外区域,氧的污染是个大问题,玻璃中氧的增加也促使OH-的增加而H的含量有所减少,相反如果增加氢可有效地减少OH-的含量,但在4~6μm的吸收却增加了,因此很难找到在小于6μm和大于6μm区域透过率都比较好的玻璃。

另外当硫系玻璃在熔制时如果被真空油蒸汽污染,就会在玻璃中产生一些碳质不纯物,玻璃的粘度较大均匀化很难,在某些地方的不均匀常常导致玻璃中的微观散射。

在拉丝过程中会导致光纤表面成分的挥发,这样会引起一些缺陷,同样会导致非本征吸收的进一步增加。

2.2 折射率Sanage总结了各种含As、Ge、Si等元素硫系玻璃在3~5μm波段和8~12μm波段的折射率的变化规律,发现当As2S3(硫化砷玻璃在3μm折射率为2.395)被As2Se3或Te替换时折射率有所增加,色散曲线比氧化物玻璃和氟化物玻璃更为平坦,加入Ge、Si会降低折射率,加入Pb、Sn、Sb会提高折射率。

2.3 光致转变当吸收能量与光能隙相当的光子(或电子或离子的辐射)后,硫系玻璃会发生各种转变:光致结晶、光致分解、光致蒸发、金属光致溶解、光致聚合、光致伸缩等。

这些转变的出现将伴随着光学常数的变化,特别是入射光能量接近带宽的区域,可根据其吸收极限的移动方向来判断是光黑化还是光漂白。

硫系玻璃对光敏感是因为其结构上的韧性。

硫原子有两个没有成键的孤对电子,当受光照射时会吸收光发生光诱导反应产生结构缺陷。

这种状态非成键电子位于价带顶端,因此很容易受光激发而产生跃迁。

Ewen等根据可逆性(看是否通过退火得到消除)对这些光敏感现象进行了概括,可逆性发生在退火良好的玻璃中,不可逆的现象发生在气相沉积的薄膜上,但是无论是否退火良好这些物理化学变化(如金属离子的光溶解)都会发生,硫系玻璃在受到能量接近禁带宽度的光子的照射时易产生近程结构的变化。

某些硫系玻璃在受到线偏光照射时会产生光诱导各向异性,但如受到自然光的照射后又能得到消除。

3 热学特性在给定的硫系玻璃系统中,加入硫属元素或者增加硫属元素的含量都会降低平均键强而引起转变温度的下降。

增加作为网络外体的卤族元素就会降低玻璃的转变温度,增加热膨胀系数。

硫系玻璃的温度粘度曲线比重金属氧化物玻璃平坦,其温度上限可能由玻璃分相开始温度来控制。

Savage曾报道在氧化物玻璃中应用的V-F关系可应用到硫系玻璃来描述温度/粘度系数。

如果在玻璃中引入了卤族元素就会降低温度/粘度系数,玻璃变脆,料性变短。

4 硫系玻璃的制备4.1 杂质对硫系玻璃光学特性的影响硫系玻璃是一种透光性对杂质特别敏感的材料,假设玻璃中没有杂质且结构均匀,基于玻璃中传输光时的瑞利散射、电子吸收和晶格振动吸收,Dianov和Lines分别从理论上推算了硫化砷和硒化砷玻璃的理论最小损耗。

计算结果表明这两种玻璃的最小损耗位于4~6μm波段,大小为0.1~0.0ldB/km。

实际的玻璃中存在杂质,浓度的大小主要取决于合成工艺和原材料的纯度。

考虑透过玻璃样品的光,杂质引起的光损耗通常被分为吸收损耗和色散损耗。

进入玻璃网格或者溶解在玻璃中的杂质具有对光的选择吸收性。

这些杂质包括碳、氢、氧所组成的化合物或者它们和玻璃中的元素所组成的化合物。

硫系玻璃中这些化合物的吸收带在硫系玻璃的透光区内。

有关硫系玻璃中杂质对光透过影响的定量数据比较缺乏。

根据苏联科学院高纯物质研究所的数据,砷硫系玻璃中,S-H键的振动在4.01μm引起的衰减系数为2.3×103dB/(km ppm)。

根据Borisevich的数据,在As2Se3玻璃中Se-H键振动在4.57μm引起的吸收损耗为1×103dB/(km ppm)。

依据这些数据可以推断,硫系玻璃的透过损耗要达到其理论估计损失,则其氢化合物的含量必须小于10-7at.%。

不溶解于玻璃熔融体中的杂质形成异相包裹体。

这些夹杂物的折射率和玻璃基质的不同。

因此,光通过这些玻璃时便会在这些夹杂物上产生散射。

硫系玻璃中的夹杂物并没有得到充分的研究。

所能获得的信息通常仅限于知道高温合成的玻璃中有这种异相颗粒存在。

Devyatykh等人已在As-S系和As-Se系玻璃中发现了亚微米尺寸的夹杂物,根据玻璃制备工艺和合成用元素纯度的不同,这些散射中心的浓度在104~108cm-3范围内变化,所探测出的夹杂物的粒径分布于0.07~0.05μm范围内。

依据这些事实可以推断,要获得具有理论光损耗的硫系玻璃,这种亚微米尺寸的散射颗粒的浓度应该小于103~104cm-3。

利用组分单质直接合成得到的玻璃的纯度取决于所用单质的纯度和合成时的温度制度。

从As-S和As-Se系统中得到的最纯的玻璃样品可以用下面的杂质含量来描述:金属(Fe、Mg、Al、Mn、Cu)含量为:1×10-5~10-7(wt%);硅含量为:(1~5)×10-5(wt%);碳含量为(3~6)×10-4(wt%);氧含量为:1×10-4~1×10-3(wt%);氢含量为:1×10-5(wt%)。

由Devyatykh等人制备的最好的As2S3玻璃中,亚微米夹杂物的颗粒直径也不大于0.22μm,浓度小于4×10-5cm-3。

Kislitskaya在Ge-As-Se玻璃中观察到直径为几个微米或者更大一点的异相包裹物。

4.2 硫系玻璃的制备方法4.2.1 块体制备硫系玻璃熔体有较大的蒸气压和粘度,易于和氧、氢反应,所以制备硫系玻璃块体最常用的方法是由元素单质置于真空的石英玻璃管中直接合成,并不断地摆动。

根据玻璃成分的不同,合成的温度在700~950℃范围内变化。

合成时间由所合成玻璃的体积决定,可能需要几十个小时。

由于硫系玻璃中的氧化物、氢化物和氢氧化物在红外有较大的吸收,在石英玻璃管熔封之前要对玻璃配合料进行提纯处理。

为降低石英管表面OH-含量和减少石英管表面杂质和吸附物对玻璃的污染,要先用HF酸清洗石英管表面,然后再进行蒸馏水洗涤和真空干燥处理。

配合料与污染物之间有很大的饱和蒸气压差,因此蒸馏方法非常适合于原料的提纯,例如用真空加热的方法可轻易地将硫中的H2O、H2S、SO2等除去,再利用蒸馏方法可进一步提纯。

如果能在配合料中加入些单质铝等吸氧剂或者让蒸气通过无定形硅材料,则提纯效果更佳。

熔制玻璃时,当配合料放入炉内后,温度应缓慢升温以免发生爆炸,从计算来看10g硫在相对容积为2×10-5m-3内、1000℃时含有6MPa 的压力,其爆炸力相当于60 mgTNT的能量。

一般的熔体可以在炉内冷却和退火,但对于那些不稳定的玻璃或许多形成块状玻璃相当困难的材料(如As2Te3)应该在空气中快速冷却甚至投入冷水或者液氮中进行淬冷。

4.2.2 光纤制备预制棒拉制法是硫系玻璃光纤制造最常用的方法,但适合成纤温度区域仅限玻璃软化区很窄的范围内。

光纤的外包层一般采用一些具有抗紫外功能的有机涂层,另外有人用气相沉积的方法在预制棒上沉积一层较薄的硫系玻璃涂层来制作外包层。

双坩埚法是制造硫系玻璃光纤的另一种较为常见的方法,Pett等人利用充氩气的双坩埚制作了Se、Te系列的光纤,玻璃的转变温度范围为80℃左右,是利用油浴的方法来加热坩埚。

4.2.3 薄膜制备尽管熔体淬冷技术已被广泛用于制备块状硫系玻璃,还是有些基于气相沉积的技术用于制备沉积于基体上的薄膜。

此技术可划分为三类:热蒸发、溅射、化学气相沉积。

热蒸发或许是最简单的气相沉积技术,它是在真空中用电阻或电子束对含有被蒸发材料的加热,使材料熔化然后蒸发,气相沉积到基体上,如果被吸附原子的运动被束缚而无法结构重组形成晶体,这就形成了无定形薄膜。

对于多组分系统的主要问题是由于不一致蒸发导致的薄膜不均匀性,其原因可能是平衡状态的蒸气含有与固体成分不一致的蒸气组分,例如:As2S3固体的蒸气中含有As4S4分子,但是可以通过闪蒸发方法来解决这一问题。

基片温度和基片的取向都是很重要的工艺因素,对蒸发有较大的影响,蒸发法的沉积速率比较快,可达0.1~1μm/s。

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