鉿鐵銅鈮酸鋰晶體的制備和全息存儲性能的研究
發(fā)布時間：2021-03-03 19:13
本文中不同[Li]/[Nb]比和Hf4+離子摻雜濃度的Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶體均通過傳統(tǒng)的Czochralski法制備生成,分析得出一系列晶體樣品的最適生長環(huán)境,通過多次試驗,成功找出減少晶體生長宏觀缺陷的方法,并利用多種物理、化學(xué)手段對已生成晶體進行二次加工。利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-AES）對Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶體中Hf4+、Fe3+和Cu2+離子成分濃度進行分析。實驗結(jié)果表明,Hf4+離子摻雜濃度和[Li]/[Nb]比的改變直接影響到晶體中各離子有效分凝系數(shù)。當(dāng)Hf4+濃度的增加時,Hf4+有效分凝系數(shù)減少,但是Fe3+和Cu2+有效分凝系數(shù)的變化趨勢卻與之相反。然而對[Li]/[Nb]比進行改變時,Hf4+的有效分凝系數(shù)隨著[Li]/[Nb]比的增加而下降,同時Fe3+
【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省
【文章頁數(shù)】：56 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
鈮酸鋰晶體結(jié)構(gòu)示意圖
哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2Li2O-Nb2O5的二元相圖Fig1-2BinaryphasediagramofLi2O-Nb2O5通過已有文獻可知，通過提拉法制備的LiNbO3晶體內(nèi)部常常為Li+離子不足而Nb5+離子過剩，即[Li]/[Nb]<1[30]。造成這一現(xiàn)象的原因是Li+離子，Nb5+離子半徑分別為0.068nm和0.070nm，即兩者大小差距極小，且均有畸變八面體將其包圍并處在相似的晶格環(huán)境[31]�？墒牵贚iNbO3晶體中Nb5+-O2-鍵與Li+-O2-鍵相比，前者的鍵能要遠遠大于后者，這就導(dǎo)致上文晶體中[Li]/[Nb]比偏離化學(xué)計量比的現(xiàn)象。根據(jù)晶體內(nèi)部電荷守恒原則，一部分Nb5+會通過占據(jù)Li位形成反位鈮(4LiNb+)和鋰空位(LiV)兩種本征缺陷來確保內(nèi)部的電中性。這就導(dǎo)致鈮酸鋰晶體的缺陷結(jié)構(gòu)直接的影響到其物理和化學(xué)性質(zhì)，同樣令研究者們針對鈮酸鋰晶體的本征缺陷進行大量的研究。根據(jù)已有文獻可知，對于本征缺陷的猜想主要分為以下三類：(1)氧空位模型鈮酸鋰晶體內(nèi)部由于Li+數(shù)量的不足可以利用氧空位來中和多出來的電負性，其結(jié)構(gòu)為[Li1-2xV2x]Nb[O3-xVx]，根據(jù)其結(jié)構(gòu)式可知，當(dāng)鈮酸鋰晶體中Li+濃度增加時，晶體內(nèi)的氧空位濃度降低，從而令晶體密度增加。但是在實際測試中發(fā)現(xiàn)，增加晶體內(nèi)Li+離子濃度并沒有令密度增加，反而出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。由于這種現(xiàn)象無法用氧空位模型完美解釋，所以這一觀點并未被人們采納[32]。(2)鈮空位模型鈮酸鋰晶體內(nèi)部Li+數(shù)量的不足通過Nb5+離子進行補充，并生成一定數(shù)量的反位鈮，然而反位鈮的產(chǎn)生再次破壞鈮酸鋰晶體中的電性的平衡，所以通過引入鈮空位來中和多出來的電負性，其結(jié)構(gòu)為[Li1-5xV5x][Nb1-4xV4x]O3，但是這種結(jié)
哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文92.2.2晶體制備儀器本實驗晶體生長方式選擇提拉法，晶體生長爐型號為TDL-J50A型單晶爐，該單晶爐可以通過觀察窗在生長時直接觀察生長狀況，同時可在外部控制溫度、轉(zhuǎn)速，有利于生長出品質(zhì)較高的單晶。所用的坩堝材料為鉑金(熔點約1771°C)，所選原因為鈮酸鋰晶體的熔點為1260°C，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不會與各個原材料發(fā)生反應(yīng)，避免由于實驗材料原因而導(dǎo)致的晶體不純。加熱方式為中頻感應(yīng)加熱，電源為KGPF25-0.3-2.5型，實用中頻感應(yīng)加熱的優(yōu)點為熱電偶位于坩堝正下方，易于調(diào)整高度和方便觀察，而且在選擇合適的保溫材料和保溫罩后可以很好地形成均勻溫場，可以保證生長晶體的均勻性和高質(zhì)量。圖2-1為晶體爐內(nèi)部的簡單示意圖。圖2-1Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶體生長爐結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2-1ThestructurediagramoftheHf:Fe:Cu:LiNbO3crystalgrowthfurnace2.3晶體的制備過程2.3.1原料的預(yù)燒結(jié)晶體生長前對各個原料的預(yù)處理有利于生長均勻且高質(zhì)量的晶體，為后期的測試打好基矗首先根據(jù)設(shè)定的原料配比計算后的各原料質(zhì)量精確稱取，其中為提高精度針對LiCO3需提前進行水處理。然后將其加入晃料機后讓其充分混合24小時，然后將其放入經(jīng)過清洗的潔凈坩堝中，處理方式為，首先利用焦硫酸鉀煮沸，倒出后再加入1：1的氫氟酸和硝酸混合液繼續(xù)煮沸，最后將坩堝鉑金線圈籽晶桿白金坩堝氧化鋁陶瓷氧化鋯陶瓷
【參考文獻】：
期刊論文
[1]體全息存儲研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 李建華,劉金鵬,林梟,劉佳琪,譚小地. 中國激光. 2017(10)
[2]Nonvolatile holographic storage in triply doped LiNbO3:Hf,Fe,Mn crystals[J]. 李曉春,屈登學(xué),趙雪嬌,孟雪娟,張玲玲. Chinese Physics B. 2013(02)
[3]基于LiNbO3晶體的透射式共光軸體全息存儲技術(shù)[J]. 李建華,曹良才,譚小地,何慶聲,金國藩. 光學(xué)學(xué)報. 2012(04)
[4]雙摻雜鈮酸鋰晶體中銦雜質(zhì)含量對光致折射率變化的影響[J]. 溫靜,陳寶東. 信息記錄材料. 2011(04)
[5]Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶體的非揮發(fā)性存儲[J]. 張春雷,范葉霞,徐超,方桂珍,關(guān)承祥,徐玉恒. 人工晶體學(xué)報. 2010(S1)
[6]銅鐵雙摻近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體生長及其光折變性能研究[J]. 劉淑杰,石連升,孫金超,段玉旺. 化學(xué)工程師. 2009(05)
[7]Hf:LiNbO3晶體的生長與其抗光損傷性能[J]. 劉波,畢建聰,李春亮,徐玉恒. 硅酸鹽學(xué)報. 2008(11)
[8]不同Li/NbZr:Fe:LiNbO3晶體的生長及光折變效應(yīng)的研究[J]. 于曉艷,榮憲偉,徐超,王旭宏. 人工晶體學(xué)報. 2008(04)
[9]鈰系列雙摻LiNbO3晶體光折變效應(yīng)的研究[J]. 趙業(yè)權(quán),王銳,王軍,趙朝中. 人工晶體學(xué)報. 2000(04)
[10]1000幅數(shù)字圖像的晶體體全息存儲與恢復(fù)[J]. 李曉春,何慶聲,金國藩,鄔敏賢,嚴瑛白,宋修宇,徐玉恒. 光學(xué)學(xué)報. 1998(06)
博士論文
[1]釕鐵系列鈮酸鋰晶體光折變及非揮發(fā)存儲性能研究[D]. 徐超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[2]摻雜LiNbO3晶體光折變存儲性能的研究[D]. 張春雷.東北林業(yè)大學(xué) 2013
[3]鎂/銦/鉿與鈥雙摻鈮酸鋰晶體微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性[D]. 代麗.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[4]鈮酸鋰高頻超聲換能器的研制與輸出功率測量[D]. 李敏毅.華南理工大學(xué) 2011
[5]銦鐵銅摻雜鈮酸鋰晶體的制備及結(jié)構(gòu)與光折變性能研究[D]. 畢建聰.哈爾濱理工大學(xué) 2009
[6]光折變晶體體全息識別系統(tǒng)相關(guān)峰均勻性及小型化的研究[D]. 袁威.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[7]In:Fe:Cu:LiNbO3晶體的藍光光折變與雙波長非揮發(fā)全息存儲[D]. 駱素華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
碩士論文
[1]鉿含量對鐿銩鈮酸鋰晶體的缺陷結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響[D]. 劉春蕊.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[2]不同[Li]/[Nb]比的Zr:Yb:Nd:LiNbO3晶體的性能研究[D]. 譚超.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[3]鈧含量和鋰鈮比對鈧釕鐵鈮酸鋰晶體全息存儲性能的影響[D]. 王路平.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[4]基于鈮酸鋰的微液滴光操控行為研究[D]. 陳立品.河北工業(yè)大學(xué) 2017
[5]不同摻雜鎂含量的鎂鏑鈮酸鋰晶體光學(xué)性能研究[D]. 閻哲華.哈爾濱理工大學(xué) 2017
[6]摻雜對LiNbO3晶體電光性能影響的實驗研究[D]. 杜婉瑩.天津大學(xué) 2017
[7]鎂鐿鈥三摻鈮酸鋰晶體的制備和光學(xué)性能的研究[D]. 焦珊珊.哈爾濱理工大學(xué) 2016
[8]鋰鈮比變化鉿錳鐵三摻鈮酸鋰晶體生長及光折變性能研究[D]. 佟建強.燕山大學(xué) 2015
[9]鋰鈮比變化鋯銅鐵三摻鈮酸鋰晶體生長及全息存儲性能[D]. 張欣.燕山大學(xué) 2015
[10]用于集成光學(xué)的稀土摻雜的鈮酸鋰晶體的制備[D]. 張文柱.天津大學(xué) 2012
本文編號：3061785
【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省
【文章頁數(shù)】：56 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
鈮酸鋰晶體結(jié)構(gòu)示意圖
哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2Li2O-Nb2O5的二元相圖Fig1-2BinaryphasediagramofLi2O-Nb2O5通過已有文獻可知，通過提拉法制備的LiNbO3晶體內(nèi)部常常為Li+離子不足而Nb5+離子過剩，即[Li]/[Nb]<1[30]。造成這一現(xiàn)象的原因是Li+離子，Nb5+離子半徑分別為0.068nm和0.070nm，即兩者大小差距極小，且均有畸變八面體將其包圍并處在相似的晶格環(huán)境[31]�？墒牵贚iNbO3晶體中Nb5+-O2-鍵與Li+-O2-鍵相比，前者的鍵能要遠遠大于后者，這就導(dǎo)致上文晶體中[Li]/[Nb]比偏離化學(xué)計量比的現(xiàn)象。根據(jù)晶體內(nèi)部電荷守恒原則，一部分Nb5+會通過占據(jù)Li位形成反位鈮(4LiNb+)和鋰空位(LiV)兩種本征缺陷來確保內(nèi)部的電中性。這就導(dǎo)致鈮酸鋰晶體的缺陷結(jié)構(gòu)直接的影響到其物理和化學(xué)性質(zhì)，同樣令研究者們針對鈮酸鋰晶體的本征缺陷進行大量的研究。根據(jù)已有文獻可知，對于本征缺陷的猜想主要分為以下三類：(1)氧空位模型鈮酸鋰晶體內(nèi)部由于Li+數(shù)量的不足可以利用氧空位來中和多出來的電負性，其結(jié)構(gòu)為[Li1-2xV2x]Nb[O3-xVx]，根據(jù)其結(jié)構(gòu)式可知，當(dāng)鈮酸鋰晶體中Li+濃度增加時，晶體內(nèi)的氧空位濃度降低，從而令晶體密度增加。但是在實際測試中發(fā)現(xiàn)，增加晶體內(nèi)Li+離子濃度并沒有令密度增加，反而出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。由于這種現(xiàn)象無法用氧空位模型完美解釋，所以這一觀點并未被人們采納[32]。(2)鈮空位模型鈮酸鋰晶體內(nèi)部Li+數(shù)量的不足通過Nb5+離子進行補充，并生成一定數(shù)量的反位鈮，然而反位鈮的產(chǎn)生再次破壞鈮酸鋰晶體中的電性的平衡，所以通過引入鈮空位來中和多出來的電負性，其結(jié)構(gòu)為[Li1-5xV5x][Nb1-4xV4x]O3，但是這種結(jié)
哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文92.2.2晶體制備儀器本實驗晶體生長方式選擇提拉法，晶體生長爐型號為TDL-J50A型單晶爐，該單晶爐可以通過觀察窗在生長時直接觀察生長狀況，同時可在外部控制溫度、轉(zhuǎn)速，有利于生長出品質(zhì)較高的單晶。所用的坩堝材料為鉑金(熔點約1771°C)，所選原因為鈮酸鋰晶體的熔點為1260°C，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不會與各個原材料發(fā)生反應(yīng)，避免由于實驗材料原因而導(dǎo)致的晶體不純。加熱方式為中頻感應(yīng)加熱，電源為KGPF25-0.3-2.5型，實用中頻感應(yīng)加熱的優(yōu)點為熱電偶位于坩堝正下方，易于調(diào)整高度和方便觀察，而且在選擇合適的保溫材料和保溫罩后可以很好地形成均勻溫場，可以保證生長晶體的均勻性和高質(zhì)量。圖2-1為晶體爐內(nèi)部的簡單示意圖。圖2-1Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶體生長爐結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2-1ThestructurediagramoftheHf:Fe:Cu:LiNbO3crystalgrowthfurnace2.3晶體的制備過程2.3.1原料的預(yù)燒結(jié)晶體生長前對各個原料的預(yù)處理有利于生長均勻且高質(zhì)量的晶體，為后期的測試打好基矗首先根據(jù)設(shè)定的原料配比計算后的各原料質(zhì)量精確稱取，其中為提高精度針對LiCO3需提前進行水處理。然后將其加入晃料機后讓其充分混合24小時，然后將其放入經(jīng)過清洗的潔凈坩堝中，處理方式為，首先利用焦硫酸鉀煮沸，倒出后再加入1：1的氫氟酸和硝酸混合液繼續(xù)煮沸，最后將坩堝鉑金線圈籽晶桿白金坩堝氧化鋁陶瓷氧化鋯陶瓷
【參考文獻】：
期刊論文
[1]體全息存儲研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 李建華,劉金鵬,林梟,劉佳琪,譚小地. 中國激光. 2017(10)
[2]Nonvolatile holographic storage in triply doped LiNbO3:Hf,Fe,Mn crystals[J]. 李曉春,屈登學(xué),趙雪嬌,孟雪娟,張玲玲. Chinese Physics B. 2013(02)
[3]基于LiNbO3晶體的透射式共光軸體全息存儲技術(shù)[J]. 李建華,曹良才,譚小地,何慶聲,金國藩. 光學(xué)學(xué)報. 2012(04)
[4]雙摻雜鈮酸鋰晶體中銦雜質(zhì)含量對光致折射率變化的影響[J]. 溫靜,陳寶東. 信息記錄材料. 2011(04)
[5]Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶體的非揮發(fā)性存儲[J]. 張春雷,范葉霞,徐超,方桂珍,關(guān)承祥,徐玉恒. 人工晶體學(xué)報. 2010(S1)
[6]銅鐵雙摻近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體生長及其光折變性能研究[J]. 劉淑杰,石連升,孫金超,段玉旺. 化學(xué)工程師. 2009(05)
[7]Hf:LiNbO3晶體的生長與其抗光損傷性能[J]. 劉波,畢建聰,李春亮,徐玉恒. 硅酸鹽學(xué)報. 2008(11)
[8]不同Li/NbZr:Fe:LiNbO3晶體的生長及光折變效應(yīng)的研究[J]. 于曉艷,榮憲偉,徐超,王旭宏. 人工晶體學(xué)報. 2008(04)
[9]鈰系列雙摻LiNbO3晶體光折變效應(yīng)的研究[J]. 趙業(yè)權(quán),王銳,王軍,趙朝中. 人工晶體學(xué)報. 2000(04)
[10]1000幅數(shù)字圖像的晶體體全息存儲與恢復(fù)[J]. 李曉春,何慶聲,金國藩,鄔敏賢,嚴瑛白,宋修宇,徐玉恒. 光學(xué)學(xué)報. 1998(06)
博士論文
[1]釕鐵系列鈮酸鋰晶體光折變及非揮發(fā)存儲性能研究[D]. 徐超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[2]摻雜LiNbO3晶體光折變存儲性能的研究[D]. 張春雷.東北林業(yè)大學(xué) 2013
[3]鎂/銦/鉿與鈥雙摻鈮酸鋰晶體微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性[D]. 代麗.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[4]鈮酸鋰高頻超聲換能器的研制與輸出功率測量[D]. 李敏毅.華南理工大學(xué) 2011
[5]銦鐵銅摻雜鈮酸鋰晶體的制備及結(jié)構(gòu)與光折變性能研究[D]. 畢建聰.哈爾濱理工大學(xué) 2009
[6]光折變晶體體全息識別系統(tǒng)相關(guān)峰均勻性及小型化的研究[D]. 袁威.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[7]In:Fe:Cu:LiNbO3晶體的藍光光折變與雙波長非揮發(fā)全息存儲[D]. 駱素華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
碩士論文
[1]鉿含量對鐿銩鈮酸鋰晶體的缺陷結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響[D]. 劉春蕊.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[2]不同[Li]/[Nb]比的Zr:Yb:Nd:LiNbO3晶體的性能研究[D]. 譚超.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[3]鈧含量和鋰鈮比對鈧釕鐵鈮酸鋰晶體全息存儲性能的影響[D]. 王路平.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[4]基于鈮酸鋰的微液滴光操控行為研究[D]. 陳立品.河北工業(yè)大學(xué) 2017
[5]不同摻雜鎂含量的鎂鏑鈮酸鋰晶體光學(xué)性能研究[D]. 閻哲華.哈爾濱理工大學(xué) 2017
[6]摻雜對LiNbO3晶體電光性能影響的實驗研究[D]. 杜婉瑩.天津大學(xué) 2017
[7]鎂鐿鈥三摻鈮酸鋰晶體的制備和光學(xué)性能的研究[D]. 焦珊珊.哈爾濱理工大學(xué) 2016
[8]鋰鈮比變化鉿錳鐵三摻鈮酸鋰晶體生長及光折變性能研究[D]. 佟建強.燕山大學(xué) 2015
[9]鋰鈮比變化鋯銅鐵三摻鈮酸鋰晶體生長及全息存儲性能[D]. 張欣.燕山大學(xué) 2015
[10]用于集成光學(xué)的稀土摻雜的鈮酸鋰晶體的制備[D]. 張文柱.天津大學(xué) 2012
本文編號：3061785
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