KDP溶液稳定性及晶体生长的实验研究

论文摘要

KDP（磷酸二氢钾）晶体是20世纪40年代发展起来的一类优良的电光非线性光学材料,广泛的应用于激光变频、电光调制和光快速开关等高技术领域。KDP晶体具有较大的电光非线性系数、激光损伤阈值高的特性,特别是能够生长出满足大口径通光所需要的大尺寸单晶体。这是迄今任何非线性光学材料所不及的。大截面KDP类晶体是目前惟一可应用于激光核聚变中的非线性光学材料。由于ICF（inertial confinement fusion,惯性约束核聚变）的发展对KDP晶体质量、尺寸、数量上的新要求,近年来关于其研究的热点在于:在保证晶体质量的前提下尽量提高其生长速度、缩短生长周期、降低成本,以及如何提高生长晶体的质量。与此同时,人们通常采用水溶液降温法来生长KDP晶体,易于对晶体的生长形态和过程进行观察分析,是研究晶体生长的一个理想模型。本论文通过KDP晶体的生长实验,主要做了以下几个方面的工作:①介绍了KDP溶液亚稳区和溶解度的概念以及相关理论计算,在此基础上进行了KDP溶解度和溶液亚稳区宽度的测定实验,测出了不同pH值条件下KDP的溶解度曲线和溶液的亚稳区。应用溶液稳定性的相关理论对实验结果做了分析和解释。②本文用目测法测定了KDP过饱和溶液的形核诱导期并考察了温度、过饱和度比对诱导期的影响。根据经典成核理论,利用诱导期数据计算了KDP过饱和溶液的固-液界面张力、临界晶核半径等成核参数,并与理论计算值进行比较。通过对界面熵因子的计算,进而对晶体生长机制进行了推测。③通过在不同的pH值溶液中进行KDP晶体生长实验,讨论了pH值对KDP晶体生长习性的影响机理。在pH值略高于KDP饱和溶液正常pH值的情况下,晶体生长更快、质量更好。适合KDP晶体生长的溶液pH值区间为pH=4.5-5.0。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号表
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题及研究意义
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 研究KDP 晶体的意义
• 1.2 晶体生长理论及方法简述
• 1.2.1 晶体生长理论简述
• 1.2.2 晶体生长方法简述
• 1.3 KDP 晶体生长方面的研究动态
• 1.4 溶液稳定性的研究历史及现状
• 1.5 诱导期方面的研究动态
• 1.6 课题的研究内容
• 2 晶体成核理论与KDP 晶体的几何性质
• 2.1 相变的基本条件
• 2.1.1 结晶的热力学条件
• 2.1.2 结晶的结构条件
• 2.2 相变驱动力
• 2.2.1 相变驱动力的一般表达式
• 2.2.2 溶液生长系统中的相变驱动力
• 2.3 成核类型
• 2.3.1 均匀成核
• 2.3.2 非均匀成核
• 2.4 磷酸二氢钾（KDP）晶体的结构
• 2.5 小结
• 3 不同PH 值KDP 溶解度和溶液亚稳区宽度的测定
• 3.1 实验试剂
• 3.2 实验仪器及设备
• 3.3 不同PH 值KDP 溶解度的测定
• 3.3.1 实验步骤
• 3.3.2 实验结果与讨论
• 3.4 不同PH 值KDP 溶液亚稳区宽度的测定
• 3.4.1 溶液的亚稳区宽度
• 3.4.2 实验步骤
• 3.4.3 实验结果与讨论
• 3.5 实际溶液的稳定性及主要影响因素
• 3.6 小结
• 4 KDP 过饱和溶液的成核研究
• 4.1 溶液的形核诱导期及经典成核理论
• 4.2 KDP 溶液诱导期的测定
• 4.2.1 测定方法
• 4.2.2 实验试剂
• 4.2.3 实验装置
• 4.2.4 实验步骤
• 4.2.5 结果与讨论
• 4.3 固-液界面张力的计算
• 4.3.1 理论计算
• 4.3.2 实验计算
• 4.4 其它成核参数的计算
• 4.5 表面熵因子的计算
• 4.6 小结
• 5 不同PH 值下KDP 晶体生长
• 5.1 降温法生长KDP 晶体的工艺流程
• 5.2 实验试剂及仪器
• 5.2.1 实验试剂
• 5.2.2 实验仪器
• 5.3 实验步骤
• 5.4 结果与讨论
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录