GeS基硫系玻璃陶瓷的微晶化机理、可控制备及其性能研究

摘要

本文系统研究了GeS2及其准二元与三元体系玻璃陶瓷的微晶化机理、可控制备和性能。基于该系统硫系玻璃可控微晶化机理的探索，制备了具有多种功能（如激光频率转换、固态电解质、多光谱（可见和红外）成像、稀土离子发光增强等）的硫系玻璃陶瓷复合材料。主要结果与结论如下：
　　 1.基于Ge-S二元相图和热学性能分析，在GeS2玻璃中制得了仅析出红外倍频晶相β-GeS2、具有持久红外倍频功能的硫系玻璃陶瓷，最大有效二阶非线性极化系数达7.3 pm/V。
　　 2.引入Ga2S3可改变GeS2基玻璃的析晶行为，通过确定准核化速率曲线，达到可控的核化和晶体生长，并由90GeS2·10Ga2S3玻璃制得了仅有GeS2相析出的体析晶透红外玻璃陶瓷，由80GeS2·20Ga2S3玻璃制得了仅析出Ga2S3晶相的纳米晶玻璃陶瓷。研究表明，GeS2-Ga2S3准二元体系玻璃的相变行为随Ga2S3量的增加而变化。在相变行为深入研究的基础上，建立了一个GeS2-Ga2S3玻璃的网络结构模型。
　　 3.对GeS2-Ga2S3-MX（Ag2S、LiI或CsCl）准三元体系的微晶化机理进行了系统研究。引入Ag2S，由70GeS2·15Ga2S3·15Ag2S玻璃获得了析出优异红外非线性光学晶体AgGaGeS4的玻璃陶瓷，最大有效二阶非线性光学系数deff达5.79 pm/V，与采用极化手段得到的结果相近；引入LiI，由65GeS2·25Ga2S3·10LiI玻璃制得了性能可控的透红外纳米晶玻璃陶瓷，相比于基础玻璃，热-机械性能和离子电导率显著提高，而中红外透过率保持基本不变，并有良好的二阶非线性光学性能；引入CsCl，制得了可见全透过的硫系玻璃，在获得GeS2-Ga2S3-CsCl玻璃的类核化速率曲线的基础上制得了一系列可重复的、中红外高透过的玻璃陶瓷，可望应用于多光谱窗口材料；发现25GeS2·35Ga2S3·40CsCl：0.3Er玻璃陶瓷的发光性能与基础玻璃相比增强了一个数量级，表明该玻璃陶瓷在固态激光器等方面有潜在应用前景。