酸诱导液相沉积GeO2的机制研究

论文摘要

本研究工作介绍了二氧化锗（GeO2）的性质及应用，尤其在传输二氧化碳（CO2）激光的空芯光纤中重要的应用价值。该工作中主要采用酸诱导液相沉积的实验方法，制备出纯GeO2晶体颗粒，进一步堆积成膜，从而应用于空芯光纤的管壁内膜。该工作主要研究GeO2溶解在溶剂中，以及在溶剂中析出晶体两个过程的反应机制。实验中首先分析了锗酸根离子前驱体中发生的化学反应。向前驱液中加酸后，会有GeO2晶体析出。通过控制初期的反应时间，观察生长出晶体颗粒的形貌，分析其晶体结构，以及表面活性剂对晶体形貌的影响，从而分析出液相沉积过程中，晶体析出生长的机制。由于在溶液中四方相GeO2的饱和溶解度远低于六方相的，因此四方相晶体首先在基片上析出，当溶液中溶质的浓度达到六方相饱和浓度时，六方相晶体才开始析出。实验结果表明，一定的浓度范围内，六方GeO2可以和氨水溶液反应，得到透明稳定的锗酸根离子溶液，通过热重，红外分析，确定不同GeO2固含量溶液中发生的化学反应。向锗酸根离子溶液中加入酸后，可以使锗酸根离子逆向分解，产生GeO2溶质，当GeO2溶质浓度超过其饱和浓度时，便会在基片上面生长GeO2晶体，从而进一步生长成膜。晶体析出生长的过程中，首先是棒状的四方相GeO2晶体析出，随着沉积时间的延长，出现了立方体型的六方相GeO2晶体，并且四方相棒状颗粒也逐渐消失，最终完全被六方相所取代。由于在溶液中四方相的饱和溶解度较低，因此先于六方相析出沉积在基片上，而通过热力学计算，四方相转化成六方相是一个吉布斯自由能降低的过程，可以自发进行，因此四方相的GeO2晶体重新溶解在溶液中，最终以六方相晶体的形式析出。根据布拉维法则，四方相的GeO2晶体最终生长成为长方体型的棒状粒子结构。根据BFDH模型和HP模型，六方相的GeO2晶体最终生长成为立方体型的颗粒结构。在沉积反应液中加入表面活性剂PVP之后，会得到特殊的类似于纺锤体型的六方相GeO2颗粒，主要是因为PVP的特殊分子结构，与GeO2晶体的某些吸附能较高的晶面发生吸附作用，导致这些晶面生长速率降低，最终保留在晶体颗粒的表面，从而形成了类纺锤体型结构的颗粒。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1
• 2激光的特点及局限性'>1.1 CO₂激光的特点及局限性
• 1.2 红外空芯光纤的研究进展
• 1.3 Ge 的性质及用途
• 2的性质及用途'>1.4 GeO₂的性质及用途
• 2在空芯光纤中的应用'>1.5 GeO₂在空芯光纤中的应用
• 2膜的制备方法'>1.6 GeO₂膜的制备方法
• 1.7 晶体生长理论模型
• 1.7.1 完整平滑面理论模型
• 1.7.2 非完整光滑面理论模型
• 1.7.3 粗糙界面理论模型
• 1.7.4 Bravias 法则
• 1.7.5 PBC 理论模型
• 1.8 有机物分子对无机物微观结构的影响
• 1.8.1 有机物分子对陶瓷材料微观结构的影响
• 1.8.2 有机物分子对半导体材料微观结构的影响
• 2 课题的意义目的及思路
• 第二章 锗酸根离子水溶液前驱体的合成及其反应机制的研究
• 2.1 主要试剂
• 2.2 实验所用的主要仪器
• 2.3 实验所需的主要测试方法
• 2.4 不同参数锗酸根离子前驱液的制备
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 锗酸根离子溶液的稳定性
• 2粉体在氨水中溶解过程的研究'>2.5.2 六方 GeO₂粉体在氨水中溶解过程的研究
• 2.5.3 锗酸根离子凝胶的综合热重分析
• 2.5.4 锗酸根离子凝胶的红外光谱分析
• 2.5.5 不同浓度锗酸根离子溶液的反应机理
• 2.6 本章小结
• 2晶体的生长机制'>第三章 酸诱导液相沉积 GeO₂晶体的生长机制
• 3.1 主要试剂
• 3.2 实验所用的主要仪器
• 3.3 测试表征手段
• 3.4 不同参数的沉积样品的制备
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 实验原理
• 2的微观形貌'>3.5.2 晶体生长初期不同沉积时间 GeO₂的微观形貌
• 2的晶体结构'>3.5.3 晶体生长初期不同沉积时间 GeO₂的晶体结构
• 3.5.4 不同形貌颗粒的晶体结构分析
• 2晶体的生长机理'>3.5.5 GeO₂晶体的生长机理
• 3.6 本章小结
• 2颗粒形貌的影响'>第四章 PVP 对酸诱导液相沉积体系中 GeO₂颗粒形貌的影响
• 4.1 主要试剂
• 4.2 实验所用的主要仪器
• 4.3 实验原理及方法
• 4.4 测试表征
• 4.5 结构与讨论
• 2晶体颗粒微观形貌的影响'>4.5.1 PVP 的加入对 GeO₂晶体颗粒微观形貌的影响
• 4.5.2 不同形貌颗粒的 TEM 分析
• 4.5.3 PVP 对晶体结构的影响
• 2晶体生长的影响'>4.5.4 PVP 对 GeO₂晶体生长的影响
• 4.6 本章小结
• 论文总结
• 今后研究工作的设想
• 参考文献
• 致谢