碲基玻璃的中遠紅外傳感及熱電性能研究.pdf

1、碲基玻璃由于其優(yōu)秀的中遠紅外透過性能在最近幾十年得到了越來越多的關(guān)注。碲基玻璃和光纖即可在太空探索中用于監(jiān)測系外行星大氣中可能存在的生命跡象，也可在日常生活中用于分析鑒定生物化學分子。同時，碲基玻璃由于本征低導熱率和高塞貝克系數(shù)，也是新型熱電材料的良好候選材料。本文重點開展了穩(wěn)定的碲基玻璃和光纖制備技術(shù)的研究，制備了應用于歐洲航天局達爾文項目第二紅外窗口(12μm-18μm)的單模光纖，研究了玻璃組成、制備工藝對碲基玻璃和光纖的熱穩(wěn)定性

2、、光學性能和熱電性能的影響規(guī)律，探討了碲基玻璃光纖作為中遠紅外傳感探頭以及碲基玻璃作為新型低溫熱電材料的潛在應用價值。
　　為了監(jiān)測類地行星以及分析外星生命存在的可能性，歐洲航天局達爾文項目要求制備用于探測系外行星大氣中可能存在的H2O(6μm)、O3(9μm)以及CO2(15μm)振動吸收峰的紅外單模光纖，目前已成功制備了應用于第一窗口(6μm-12μm)的Te-As-Se單模光纖。本文主要研制對應第二紅外窗口(12μm-18μ

3、m)的單模光纖，通過兩步提純技術(shù)和二氧化硅毛細管模制法制備高品質(zhì)的Te-Ge-Se光纖預制棒，再經(jīng)光纖拉制制備了纖芯直徑為20μm的TGS3/TGS5光纖，其紅外透過窗口為3μm至16μm，最小光學損耗為7.3 dB·m-1，輸出光強度遵循高斯分布，為單模傳導。
　　研究了Ag、I和AgI等對GeTe4玻璃熱穩(wěn)定性、密度、電子導電和離子導電等性能的影響規(guī)律，制備了一系列(GeTe4)100-xMx(M為Ag，I，或AgI)玻璃。其

4、中，(GeTe4)100-xAgIx玻璃的紅外透過窗口可以達到35μm。此玻璃既可以作為光纖應用于中紅外區(qū)，也可以作為透鏡應用于遠紅外區(qū)，是非常有應用前景的紅外材料。在此基礎上，制備了Te-Ge-AgI低損耗單指數(shù)光纖并研究了Te-Ge-AgI玻璃在紅外傳感領(lǐng)域的應用技術(shù)。通過在光纖拉制過程中調(diào)整瞬時拉制速度制備了具有不同直徑的Te-Ge-AgI錐形光纖，用于二氯甲烷，氯仿和甲苯在2μm至16μm波長范圍內(nèi)紅外光譜的測試。錐形光纖的紅外

5、傳感截止波長為16μm，隨著傳感區(qū)域直徑的減小，光纖的靈敏度明顯增強，Te-Ge-AgI光纖的甲苯濃度檢測下限達到0.5 vol.％。此外，對小牛血清、牛奶、黃油和汽油等復雜有機系統(tǒng)的紅外光譜測定表明，Te-Ge-AgI光纖紅外傳感器，由于其簡易性和高效性，可以在食品安全、醫(yī)藥、能源和日常生活相關(guān)的其他領(lǐng)域?qū)瘜W和生物分子進行定性和定量分析。
　　研究了不同金屬摻雜對碲基玻璃熱穩(wěn)定性和電導率的影響規(guī)律，通過在玻璃中引入Cu元素可使

6、其電導率增加幾個數(shù)量級，其中，(Te85Se15)45As30Cu25玻璃兼具良好的熱穩(wěn)定性(ΔT=99℃)和低電阻率(ρ=35Ω·cm)。采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)將碲基玻璃與P型低溫熱電材料Bi0.5Sb1.5Te3復合，制備了(Te85Se15)45As30Cu25/Bi0.5Sb1.5Te3新型低溫熱電材料，測試了其電阻率、塞貝克系數(shù)、熱電導等性能，計算了材料的品質(zhì)因數(shù)ZT。室溫下Bi0.5Sb1.5Te3含量為30％和50％的復合