论文题目: 功能材料（D）KDP晶体、BTO薄膜和纳米晶的制备及特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 刘伟良
导师: 夏海瑞
关键词: 晶体,循环法晶体生长,拉曼散射,第一性原理计算,钛酸铋纳米材料,金属有机分解法
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氘钾（DKDP）等晶体是一类优良的非线性光学晶体材料,到了20世纪60年代初,激光技术出现后,KDP家族晶体（特别是KDP和DKDP晶体）被广泛地用于制作各种激光倍频器材料;近些年来,随着高功率激光系统在惯性约束核聚变（Inertial Confinement Fusion,简称ICF）等重大技术上的应用,高激光损伤阈值、特大尺寸的KDP和DKDP晶体的快速生长以及其性能的研究,在国际上又进入了一个新的阶段。基于此,我们先在优质（D）KDP晶体的快速生长和特性研究方面做了一些工作。 针对循环法晶体生长设备比较复杂,溶液连接管容易被冷结晶堵塞的重要缺陷,我们成功设计了双缸四区育晶器,使之既有恒温流动循环法的优点,又具有设备简单（双缸生长单接管）的优点。对DKDP晶体生长而言,由于生长系统体积的减小,能有效地减少重水的用量,降低DKDP晶体的生长成本。采用理论与实践相结合的方法确定了快速生长优质（D）KDP晶体的各项参数和指标。通过X—射线衍射、氘含量、杂质金属离子的痕量分析、透过光谱、电光和热学性能等测试表明使用我们的双缸四区育晶器可生长出性能优良的KDP型晶体。 根据空间群理论计算并分析了KDP和DKDP晶体的晶格振动模。利用Raman散射的手段全面报道了KDP和DKDP晶体不同配置下的晶格振动谱,取得了与理论分析相一致的结果。实验发现,由于阴离子基团振动而产生的四个特征模v1,v2,v3和v4,在KDP晶体中出现在917,364,1035和523cm-1;而在DKDP晶体中分别红移至883,361,998和516cm-1。这种由同位素效应导致的振动模频移的现象在O—H振动模的红移中表现的更为显著,解释了DKDP晶体有着更宽的使用波段的原因。 利用第一性原理计算,研究了KDP和DKDP的结构参数和电子结构。我们发现几何同位素效应不能单独地给出KDP和DKDP晶体Tc差异的圆满解释。它与质子的隧穿运动、质子—晶格耦合或位移型—有序—无序型耦合等模型的结合或可给出更合理的解释。电子结构计算的结果表明:D/H、P和O的电子存在明显的电子轨道杂化,三者之间为共价互作用,K和PO4之间为离子互作用;KDP晶体禁带宽度大于DKDP是无缺陷KDP晶体的双光子吸收所引发激光诱导损伤阈值高于DKDP的原因。
论文目录:
目录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1—1 (D)KDP晶体研究现状
1.1.1 晶体的结构和同位素效应
1.1.2 晶体生长方法的研究
1.1.3 晶体光学质量的研究
§1—2 钙钛矿铁电材料和Bi_4Ti_3O_(12)
1.2.1 铁电薄膜和BTO铁电薄膜
1.2.2 铁电陶瓷及BTO铁电陶瓷
§1—3 本论文其它部分的主要内容
参考文献
第二章 (D)KDP晶体的循环法生长和品质鉴定
§2—1 引言
§2—2 育晶装置和晶体生长实验
2.2.1 育晶器的设计
2.2.2 晶体生长
§2—3 循环体系技术指标的确定
2.3.1 流量对体系传质和传热的影响
2.3.2 生长区温场和浓度场的均匀性考察
2.3.3 晶体转速的确定
§2—4 晶体的品质鉴定
2.4.1 XRD分析
2.4.2 品体的UV/VIS/NIR透过率光谱
2.4.3 杂质金属离子的检测
2.4.4 半波电压的测定
2.4.5 激光损伤阈值的测定
2.4.6 DKDP晶体中氘含量的测定
2.4.7 晶体热扩散系数的测量
§2—5 本章小结
参考文献
第三章 (D)KDP晶体的晶格振动光谱研究
§3—1 引言
§3—2 晶体基本结构数据和空间群分析
3.2.1 晶体的结构
3.2.2 空间群分析
3.2.3 PO_4四面体的内振动模
§3—3 晶体的Raman光谱测试
3.3.1 样品制备、散射效率计算和实验配置
3.3.2 Raman散射测量结果及讨论
§3—4 晶体的红外吸收谱
3.4.1 测试装置和方法
3.4.2 结果与讨论
§3—5 本章小结
参考文献
第四章 (D)KDP晶体的结构的第一性原理计算和缺陷形成机制的研究
§4-1 引言
§4-2 晶体结构参数和电子能带结构的密度泛函计算
4.2.1 密度泛函理论
4.2.2 晶体结构参数的计算
4.2.3 晶体电子结构的第一性原理研究
§4-3 晶体的缺陷
4.3.1 实验
4.3.2 实验结果与讨论
§4-4 本章小结
参考文献
第五章 钛酸铋系列超细粉体的制备和性能研究
§5—1 引言
§5—2 Bi_4Ti_3O_(12)纳米粉体的制备和介电性能
5.2.1 BTO粉体的制备
5.2.2 前驱体溶液的配制
5.2.3 前驱体的合成
5.2.4 实验结果与讨论
§5—3 La_XBi_(4-X)Ti_3O_(12)陶瓷的介电性能研究
5.3.1 La_XBi_(4-X)Ti_3O_(12)陶瓷的制备
5.3.2 BLT_x陶瓷的XRD分析
5.3.3 BLT_x陶瓷的介电常数、介电损耗和温度的关系
5.3.4 掺杂浓度对介电常数和介电损耗的影响
5.3.5 掺杂浓度对介电常数和介电损耗的影响
5.3.6 Raman光谱分析
§5—4 本章小结
参考文献
第六章 掺钐Bi_4Ti_3O_(12)系列薄膜的制备和性能研究
§6—1 引言
§6—2 Bi_(3.15)Sm_(0.85)Ti_3O_(12)(BSmT_(0.85))薄膜的制备
6.2.1 主要仪器设备
6.2.2 实验原料及衬底处理
6.2.3 BSmT_(0.85)薄膜的制备
6.2.4 薄膜的品质鉴定
§6—3 Bi_(4-X)Sm_XTi_3O_(12)(BSmT_x)系列薄膜的制备
6.3.1 材料准备
6.3.2 薄膜的XRD分析
6.3.3 薄膜的I-V特性分析
6.3.4 BSmT_x薄膜的C-V曲线
6.3.5 BSmT_x薄膜的Raman光谱
§6—4 本章小结
参考文献
第七章 BTO的晶格振动光谱和钛酸铋系超细粉和薄膜的反应机理研究
§7—1 引言
§7—2 粉体和薄膜材料的制备
7.2.1 BTO粉体的获得
7.2.2 掺镧系列材料的制备
§7—3 BTO晶体基本结构数据和空间群分析
7.3.1 晶体的结构
7.3.2 晶体的商群分析
7.3.3 TiO_6八面体的内振动模
§7—4 BTO纳米晶的Raman谱测量
7.4.1 测量装置
7.4.2 结果与讨论
§7—5 BTO纳米晶的红外光谱测试
7.5.1 测试装置和方法
7.5.2 结果与讨论
§7-6 钛酸铋系超细粉和薄膜的反应机理研究
7.6.1 分析手段
7.6.2 XRD分析
7.6.3 TG/DTA分析
7.6.4 红外分析
7.6.5 拉曼分析
7.6.6 反应机理分析
§7-7 本章小结
参考文献
第八章 总结
§8—1 主要结论
§8—2 主要创新点
§8—3 有待深入研究的问题
攻读博士学位期间发表的学术论文目录
攻读博士学位期间所获奖励及参与课题
致谢
发布时间: 2005-10-17
参考文献
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