鉬酸鋱晶體的生長及其性質(zhì)研究.pdf

1、六、七十年代人們就認(rèn)識(shí)到三價(jià)金屬鎢酸鹽和鉬酸鹽包括一批集熒光、激光、壓電、鐵彈、鐵電性質(zhì)于一身的材料。Ln2(Mo4)3被用來表示這一材料家族，其中，Ln代表稀土元素或其他三價(jià)元素，M代表w或者M(jìn)o。在這些材料中，鉬酸釓[Gd2(MoO4)3]晶體研究得比較充分，而與Gd2(MoO4)3晶體具有相同結(jié)構(gòu)的鉬酸鋱[Tb2(MoO4)3]晶體的生長和基本性質(zhì)的研究還沒有報(bào)道。因此，本論文對Tb2(MoO4)3晶體的生長、結(jié)構(gòu)、缺陷、基本熱學(xué)

2、性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)及其鐵電性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，對摻雜CO3+、Cr3+離子Tb2(MoO4)3晶體的生長進(jìn)行了探索，主要包括以下幾方面的工作： 一、晶體生長 采用純度為99.99％的Tb4O7和MoO3，通過固相反應(yīng)合成出Tb2(MoO4)3多晶原料，利用熔體提拉法沿c軸成功地生長出了大尺寸、無開裂、高質(zhì)量的Tb2(MoO4)3單晶。 由于晶體生長是一個(gè)復(fù)雜的物理一化學(xué)過程，我們結(jié)合晶體生長熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，系統(tǒng)

3、討論了影響晶體生長和晶體質(zhì)量的主要因素。包括優(yōu)質(zhì)多晶原料的制備和建立合理溫場的設(shè)計(jì)，控制合適的生長工藝參數(shù)，選用優(yōu)質(zhì)籽晶，消除外界因素的影響等。同時(shí)針對影響晶體生長不同問題的產(chǎn)生原因和特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的解決方法。 二、晶體組分、結(jié)構(gòu)與缺陷采用x射線熒光分析法分別測量了Tb元素和Mo元素在生長的Tb2(MoO4)3單晶中的濃度。測量結(jié)果表明所生長的Tb2(MoO4)3單晶接近化學(xué)計(jì)量比Tb2(MoO4)3。 利用X射線粉末

4、衍射對生長的Tb2(MoO4)3晶體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)研究。根據(jù)x射線粉末衍射結(jié)果，確定生長的Tb2(MoO4)3晶體屬于正交晶系，Pba2空間群，晶胞參數(shù)為α＝β＝γ＝90。，a=10.3404 A，b=10.3798 A，C=10.6467 A。 首次采用化學(xué)腐蝕法、掃描電子顯微形貌術(shù)(SEM)和高分辨X射線衍射對Tb2(MoO4)3晶體的缺陷進(jìn)行了觀測，并結(jié)合晶體生長過程探討了缺陷的形成機(jī)制，為生長優(yōu)質(zhì)晶體提供了依據(jù)。在Tb2(M

5、oO4)3晶體中存在的主要缺陷為開裂、位錯(cuò)和鑲嵌物。這些缺陷的存在影響了晶格的完整性。我們根據(jù)晶體缺陷的研究結(jié)果，針對這些缺陷的形成機(jī)制，采取了相應(yīng)措施，不斷改進(jìn)生長工藝條件，有效地減少或消除了晶體中的這些缺陷。 三、晶體的基本性質(zhì)測量了Tb2(MoO4)3晶體的密度、硬度和熱學(xué)性質(zhì)，并討論了這些基本性質(zhì)對晶體生長和應(yīng)用的影響。 采用浮力法測得Tb2(MoO4)3晶體的密度為4.611 g·cm-3。 我們首次測

6、量了Tb2(MoO4)3晶體的顯微硬度，結(jié)果表明Tb2(MoO4)3晶體的硬度較低，加工比較容易。 系統(tǒng)地研究了Tb2(MoO4)3晶體的熱學(xué)性質(zhì)。通過差示掃描量熱法測量出Tb2(MoO4)3晶體的熔點(diǎn)為1167.75℃，熔化熱為13186.2 J/mol，熔化熵為9.15J.K-1.mol-1。在54℃到162℃的溫度范圍內(nèi)Tb2(MoO4)3晶體的比熱為0.3944J·g-1·K-1到0.4246 J·g-1·K-1。采用熱

7、膨脹儀在28～496℃的溫度范圍內(nèi)測量了Tb2(MoO4)3晶體的熱膨脹，室溫到居里點(diǎn)熱膨脹系數(shù)主值分別為αa=3.74×10-5/K，αb=2.74×10-5/K和αc=-1.58×10-5/K。我們首次測量了Tb2(MoO4)3晶體的熱擴(kuò)散系數(shù)并計(jì)算了其熱導(dǎo)率。在30℃時(shí)，Tb2(MoO4)3晶體沿[100]、[010]和[001]方向的熱擴(kuò)散系數(shù)分別為0.604mm2.S-1、0.63lmm2.s-1和0.644mm2.S-1，相

8、應(yīng)的熱導(dǎo)率為1.152W.m-1·K-1、1.1715w.m-1.K-1和1.2065 W.m-1。討論了熱學(xué)性質(zhì)對Tb2(MoO4)3晶體的生長和應(yīng)用所產(chǎn)生的影響。 四、光學(xué)性質(zhì)和鐵電性質(zhì)測量了Tb2(MoO4)3晶體的室溫透過譜，結(jié)果表明該晶體透過波段范圍較寬，覆蓋了可見和近紅外波段，并且發(fā)現(xiàn)在486 nm處有比較明顯的吸收。 使用棱鏡耦合儀測試了Tb2(MoO4)3晶體在632.8nm時(shí)的折射率，測試結(jié)果為n1=n

9、a=1.8479，n2=nb=1.8483，n3=nc=1.8990，表明Tb2(MoO4)3晶體為正光性的雙軸晶。 (001)面的錐光干涉也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。 利用阻抗分析儀測試了Tb2(MoO4)3晶體電容隨溫度的變化曲線，確定了Tb2(MoO4)3晶體的居里溫度為162.3℃。由此計(jì)算了該晶體C方向的介電常數(shù)ε33'發(fā)現(xiàn)在低頻條件下介電常數(shù)的反常才比較明顯。 通過化學(xué)腐蝕，觀察到了Tb2(MoO4)3晶體的疇結(jié)構(gòu)為90