авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Синтез монокристаллов и нанопорошков твердых растворов фторидов щелочноземельных и редкоземельных металлов для фотоники

-- [ Страница 2 ] --

В пятой главе представлены результаты соосаждения из водных растворов нанопорошков твердых растворов Ca1-xRxF2+x (R=Er, Yb) и Sr1-xNdxF2+x, которые состоят из частиц округлой и вытянутой формы с размерами от 50 до 150 нм. Частицы с размером около 150 нм представляют собой слипшиеся агрегаты наночастиц (рис. 8). Различные режимы сушки приводят к изменению формы от сферической к кубической с увеличением размеров частиц. Получающиеся частицы имеют размеры единицы микрон, которые в свою очередь состоят из блоков размером десятки нанометров (рис. 9).

В шестой главе представлены результаты исследований лазерных, сцинтилляционных, теплофизических и механических свойств выращенных монокристаллов фторидов.

В 1 параграфе представлены результаты исследования генерационных характеристик монокристаллов Sr0.95Er0.05F2.05 при ламповой накачке в 100 Дж, Ca1-xYbxF2+x и Ca1-x-ySrxYbyF2+y при диодной накачке. Порог генерации для кристалла Sr0.95Er0.05F2.05 с оптимальным зеркалом составил 68 Дж с выводом из резонатора 4% внутренней энергии. В случае глухого резонатора (потери 0,1 %) порог генерации составил 15 Дж, а длительность импульса генерации доходит до 10 мс. Максимальный выход 109 мДж был получен при длительности импульса генерации 1.5 мс и накачке 450 Дж. Впервые получена лазерная генерация ионов иттербия на монокристалле Ca0,70Sr0,24Yb0,06F2.06, причем величина квантового дефекта генерации не более 5%. Абсолютная эффективность генерации составляет 38 %, а дифференциальная 85%.

Во втором параграфе представлены результаты исследования сцинтилляционных характеристик монокристаллов твердых растворов MF2-CeF3 (M = Ca, Sr, Ba) на основании спектров рентгенолюминесценции. Максимальный световыход люминесценции ионов Се3+ имеет место при концентрациях CeF3 менее 0.1 мол. % (рис.10, ).

В третьем параграфе представлены результаты исследования теплопроводности монокристаллов твердых растворов Ca1-xYbxF2+x в широком концентрационном диапазоне (0,0001-0,25 мол. доля). Введение трифторида иттербия в решетку флюорита вызывает уменьшение теплопроводности образцов и резко меняет характер температурной зависимости теплопроводности (рис. 11, 12).

В четвертом параграфе представлены результаты исследования микротвердости твердого раствора Ca0,70Sr0,24Yb0,06F2.06, которые составили 494 ± 6,5 и 438 ± 5 кг/мм2 для нагрузки 40 и 50 г соответственно.

Седьмая глава посвящена обсуждению результатов исследований.

В результате проведенных расчетов и экспериментов отмечено, что исходные данные по фазовым диаграммам, использованные для расчетов, имеют ряд неточностей, связанных с погрешностями определения температур солидуса (занижение в области малых концентраций из-за затруднения диффузии в твердом состоянии и завышение при высоких концентрациях из-за трудностей определения начала плавления при растянутости процесса на десятки и сотни градусов), а также из-за склонности к восстановлению иттербия, и по-видимому тулия в флюоритовых матрицах.

Введенная компьютерная методика обработки исходных данных позволила повысить точность расчета функций устойчивости фронта кристаллизации по сравнению с данными [3]. Рассчитанные функции устойчивости для 55 твердых растворов M1-ХRХF2+Х (M=Ca, Sr, Ba, Cd; R – РЗЭ) в сочетании с величинами коэффициентов взаимодиффузии катионов в расплаве представляют собой физико-химическую основу выращивания монокристаллов высокого оптического качества, т.к. позволяют при заданном температурном градиенте в установке рассчитывать необходимую скорость направленной кристаллизации.

Средние величины коэффициентов взаимодиффузии монотонно уменьшаются при увеличении ионного радиуса ЩЗЭ катиона. Выращивание совершенных монокристаллов на основе CaF2 при прочих равных условиях на порядок проще, чем на основе BaF2.

Проведенные расчеты свидетельствуют, что в системах MF2-RF3 имеются концентрационные области существования флюоритовых твердых растворов, из которых практически невозможно выращивание монокристаллов оптического качества. Это обосновывает необходимость перехода к керамике для получения оптических сред.

Рассмотрение концентрационной зависимости спектров рентгенолюминесценции церия в твердых растворах свидетельствует о концентрационном тушении люминесценции. Выращенные монокристаллы, легированные ионами Се, являются перспективными сцинтилляционными материалами для физики высоких энергий.

Аномальное для кристаллических сред поведение теплопроводности, по-видимому, является результатом рассеяния фононов на кластерах дефектов кристаллической решетки. Полученные результаты свидетельствуют о том, что такие гетеровалентные твердые растворов перспективно использовать как низкотемпературные теплоизоляторы.

Отработанная методика синтеза нанопорошков M1-хRъF2+х (M = Ca, Sr; R – Nd, Er, Yb) может быть применена и для других твердых растворов аналогичного состава.

Выводы.

1. Проведен расчет устойчивости плоского фронта кристаллизации для 55 твердых растворов M1-ХRХF2+Х (M = Ca, Sr, Ba, Cd; R – РЗЭ) и оценены коэффициенты взаимодиффузии катионов в расплаве для ряда систем.

2. Рассчитаны условия и выращены монокристаллы твердых растворов, в том числе: Ca1-хYbхF2+х, Sr0.95Er0.05F2.05 и M1-хCeхF2+х (M = Ca, Sr, Ba) высокого оптического качества.

3. Выращена серия безъячеистых монокристаллов CaF2-SrF2-RF3, что является экспериментальной проверкой существования точек конгруэнтного плавления на поверхностях плавкости в тройных системах.

4. Отработана методика и синтезированы нанопорошки твердых растворов Ca1-хRхF2+х (R = Er, Yb) и Sr1-хNdхF2+х с характерным размером частиц 50-100 нм.

Использованная литература.

  1. Sobolev, B. P. The Rare Earth Trifluorides. Part 1. The High Temperature Chemistry of the Rare Earth Trifluorides / B. P. Sobolev. – Barcelona: Institut d`Estudis Catalans. 2000. - 530 p. ISBN 84-7283-518-9.
  2. Fedorov, P. P. Crystal Growth of Fluorides / P. P. Fedorov, V.V. Osiko // Bulk Crystal Growth of Electronic, Optical and Optoelectronic Materials. – Chichester, 2005. - Р. 339-356. ISBN 978-0-470-85142-5.
  3. Туркина, Т. М. Морфологическая устойчивость фронта кристаллизации твердых растворов M1-xRxF2+x (где M = Ca, Sr, Ba; R-РЗЭ) : дис…канд. физ-мат. наук : 01.04.18 : защищена 19.12.90 : утв. 15.05.91 / Туркина Тамара Михайловна. – М., 1990. - 164 с.
  4. Neodymium doped yttrium aluminum garnet (Y3Al5O12) nanocrystalline ceramics – a new generation of solid state laser and optical materials / J. Lu [et al.] // J. Alloy and Compounds. - 2002. - V.341. - P. 220-225.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

  1. Твердые растворы M1-xCexF2+x - перспективные лазерные и сцинтилляционные материалы / Т. Т. Басиев [и др.] // Современные Неорганические Фториды «ISIF – 2003» : Сборник трудов 1 Междунар. семинар, Новосибирск, Россия, 2-4 апреля 2003. – Новосибирск, 2003. - С. 43-45.
  2. Морфологическая устойчивость фронта кристаллизации твердых растворов M1-xRxF2+x из расплава / Т. Т. Басиев [и др.] // Кристаллы: рост, свойства, реальная структура, применение : Труды VI Междунар. конф., Александров, Россия, 8-12 сентября 2003. – Александров, 2003. - C. 134-153.
  3. Кузнецов, С. В. Выращивание монокристаллов из расплава и расчет функций устойчивости фронта кристаллизации твердых растворов M1-xRxF2+x (M = Ca, Sr, Ba, Cd; R – РЗЭ) / С. В. Кузнецов, В. А. Конюшкин, П. П. Федоров // Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах (ФАГРАН-2004) : Материалы II всерос. конф., Воронеж, Россия, 10-15 октября 2004. – Воронеж, 2004. - Т. 2. - С. 413-414.
  4. Кузнецов, С. В. Расчет функций устойчивости фронта кристаллизации расплава твердых растворов M1-xRxF2+x (M = Ca, Sr, Ba, Cd; R – РЗЭ) / С. В. Кузнецов, В. А. Конюшкин, П. П. Федоров // Национальная конференция по росту кристаллов (НКРК -11) : XI конф., М., Россия, 14-17 декабря 2004. – М., 2004. - С. 95.
  5. Luminescene of SrF2:Ce3+ single crystals / N. V. Gerassimova [et al.] // SCINT 2005 : Intern. conf., Alushta, Ukraine, 19-23 September 2005. – Alushta, 2005. - P. 68.
  6. Получение наночастиц твердых растворов M1-xRxF2+x из водных растворов / С. В. Кузнецов [и др.] // Современные Неорганические Фториды «INTERSIBFLUORINE – 2006» : Труды 2 Междунар. семинара, Томск, Россия, 11-16 июня 2006. – Томск, 2006. -С. 135-139.
  7. Непрерывная генерация с плавной перестройкой длины волны вблизи 2.75 мкм на кристаллах SrF2:Er3+ и СaF2-Er3+ с диодной накачкой / Т. Т. Басиев [и др.] // Квантовая электроника. - 2006. - Т.36, №7. - С. 591-594.
  8. Неорганические нанофториды и нанокомпозиты на их основе / С. В. Кузнецов [и др.] // Успехи химии. - 2006. - Т.75, №12. - C. 1193-1211.
  9. Получение фторидной нанокерамики / В. В. Воронов [и др.] // Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах «ФАГРАН-2006» : Материалы III Всерос. конф., Воронеж, Россия, 8-14 октября 2006. – Воронеж, 2006. - С. 506-509.
  10. Фторидная нанокерамика / Т. Т. Басиев [и др.] // Национальная конференция по росту кристаллов «НКРК – 2006» : Тезисы докл. XII конф., М., Россия, 23-27 октября 2006. – М., 2006. - С. 433.
  11. Новые материалы для фотоники из окрестностей седловинных точек в системах CaF2-SrF2-RF3 (R – РЗЭ) / Т. Т. Басиев [и др.] // Национальная конференция по росту кристаллов «НКРК – 2006» : Тезисы докл. XII конф., М., Россия, 23-27 октября 2006. – М., 2006. - С. 237.
  12. Теплопроводность монокристаллов гетеровалентных твердых растворов фторидов иттербия и празеодима во фториде кальция / П. А. Попов [и др.] // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2006. - Т.8, №4. - С. 320-321.
  13. Получение нанопорошков твердых растворов M1-xRxF2+x (M = Ca, Sr, Ba; R = Ce, Nd, Er, Yb) / С. В. Кузнецов [и др.] // Журн. неорг. химии. - 2007. - Т.52, № 3. - С. 315-320.

Рис.1. Литературные и расчетные кривые ликвидуса и солидуса.

 Зависимость коэффициента-1Рис.2. Зависимость коэффициента распределения от состава солидуса. Крестики – исходные точки при расчете. Квадратики – точки, рассчитанные по экспериментальным температурам солидуса и ликвидуса.

 Зависимость функции устойчивости от-2Рис.3. Зависимость функции устойчивости от состава кристалла в системах CdF2-RF3 (R=Gd-Lu, Sc, Y)

Рис.4. Зависимость функции устойчивости от состава кристалла в системах CaF2-RF3 (R=Gd-Lu, Y).

Рис.5а. Зависимость величины функции-4Рис.5а. Зависимость величины функции устойчивости при Xs=0.20 от радиуса редкоземельного элемента для систем CdF2-RF3 (R-РЗЭ).

Рис.5б. Зависимость величины функции-5Рис.5б. Зависимость величины функции устойчивости при Xs=0.20 от радиуса редкоземельного элемента для систем CaF2-RF3 (R-РЗЭ).

Рис. 6. Сводный график по зависимостям коэффициента взаимодиффузии.

CaF2 (0,533)-SrF2 (0,278)-GdF3(0,190) CaF2 (0,629)-SrF2 (0,264)-Er(0,108)
CaF2 (0,664)-SrF2 (0,252)-TmF3(0,084) CaF2 (0,70)-SrF2 (0,24)-YbF3(0,06)

Рис. 7. Фотографии безъячеистых монокристаллов отвечающих концентрационным окрестностям седловинных точек.

 Микрофотография частиц Ca1-xYbxF2+x-11

Рис. 8. Микрофотография частиц Ca1-xYbxF2+x после промывки.

Рис. 9. Микрофотография частиц Ca1-xErxF2+x после длительной сушки при температуре около 100 оC.

 Спектры рентгенолюминесценции-13Рис. 10. Спектры рентгенолюминесценции Sr1-xRxF2+x при разных концентрациях ионов Се3+.

 Зависимость теплопроводности от-14Рис. 11. Зависимость теплопроводности от температуры для твердых растворов Ca1-xYbxF2+x по сравнению с монокристаллом CaF2.

 Зависимость теплопроводности от-15Рис. 12. Зависимость теплопроводности от состава твердого раствора Ca1-xYbxF2+x при 300 К.

_____________________________________________________________

Подписано в печать ______________ Формат 60х84/16. Бумага писчая.

Отпечано на ризографе. Уч. изд. листов 1.0. Тираж 100 экз.

Заказ №___________

Лицензия на издательскую деятельность

ИД № 03507 (рег. №003792) код 221

Московская государственная академия тонкой химической академии им. М. В. Ломоносова

Издательско-полиграфический центр

119571, г. Москва, прос. Вернадского, 86



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.