碲基玻璃的中远红外传感及热电性能研究

发布时间：2018-05-09 03:07

  本文选题：碲基玻璃 + 光学材料　； 参考：《浙江大学》2015年博士论文

【摘要】：碲基玻璃由于其优秀的中远红外透过性能在最近几十年得到了越来越多的关注。碲基玻璃和光纤即可在太空探索中用于监测系外行星大气中可能存在的生命迹象,也可在日常生活中用于分析鉴定生物化学分子。同时,碲基玻璃由于本征低导热率和高塞贝克系数,也是新型热电材料的良好候选材料。本文重点开展了稳定的碲基玻璃和光纤制备技术的研究,制备了应用于欧洲航天局达尔文项目第二红外窗口(12μm-18μm)的单模光纤,研究了玻璃组成、制备工艺对碲基玻璃和光纤的热稳定性、光学性能和热电性能的影响规律,探讨了碲基玻璃光纤作为中远红外传感探头以及碲基玻璃作为新型低温热电材料的潜在应用价值。为了监测类地行星以及分析外星生命存在的可能性,欧洲航天局达尔文项目要求制备用于探测系外行星大气中可能存在的H20 (6μm)、O3 (9μm)以及CO2 (15μm)振动吸收峰的红外单模光纤,目前已成功制备了应用于第一窗口(6μm-12μm)的Te-As-Se单模光纤。本文主要研制对应第二红外窗口(12μm-18μm)的单模光纤,通过两步提纯技术和二氧化硅毛细管模制法制备高品质的Te-Ge-Se光纤预制棒,再经光纤拉制制备了纤芯直径为20 gm的TGS3/TGS5光纤,其红外透过窗口为3 gm至16μm,最小光学损耗为7.3 dB·m-1,输出光强度遵循高斯分布,为单模传导。研究了Ag、I和AgI等对GeTe4玻璃热稳定性、密度、电子导电和离子导电等性能的影响规律,制备了一系列(GeTe4)100-xMx(M为Ag，，I,或AgI)玻璃。其中,(GeTe4)100-xAgIx玻璃的红外透过窗口可以达到35μm。此玻璃既可以作为光纤应用于中红外区,也可以作为透镜应用于远红外区,是非常有应用前景的红外材料。在此基础上,制备了Te-Ge-AgI低损耗单指数光纤并研究了Te-Ge-AgI玻璃在红外传感领域的应用技术。通过在光纤拉制过程中调整瞬时拉制速度制备了具有不同直径的Te-Ge-AgI锥形光纤,用于二氯甲烷,氯仿和甲苯在2μm至16gm波长范围内红外光谱的测试。锥形光纤的红外传感截止波长为16μm,随着传感区域直径的减小,光纤的灵敏度明显增强,Te-Ge-AgI光纤的甲苯浓度检测下限达到0.5 vol.%。此外,对小牛血清、牛奶、黄油和汽油等复杂有机系统的红外光谱测定表明,Te-Ge-AgI光纤红外传感器,由于其简易性和高效性,可以在食品安全、医药、能源和日常生活相关的其他领域对化学和生物分子进行定性和定量分析。研究了不同金属掺杂对碲基玻璃热稳定性和电导率的影响规律,通过在玻璃中引入Cu元素可使其电导率增加几个数量级,其中,(Tea5Se15)4sAs30Cu25玻璃兼具良好的热稳定性(△T=99℃)和低电阻率(ρ=35 Ω·cm)。采用放电等离子烧结技术将碲基玻璃与P型低温热电材料Bi0.5Sb1.5Te3复合,制备了(Te85Se15)45As30Cu25/Bi0.5Sb1.5Te3新型低温热电材料,测试了其电阻率、塞贝克系数、热电导等性能,计算了材料的品质因数ZT。室温下Bi0.5Sb1.5Te3含量为30%和50%的复合材料的ZT值约为0.18。随着温度升高,ZT值进一步增加,并在413K分别达到0.365和0.313。
[Abstract]:In this paper , the effects of glass composition and preparation process on thermal stability , optical properties and thermal properties of Te - As - Se are studied . Because of its simplicity and efficiency , the qualitative and quantitative analysis of chemical and biological molecules can be carried out in other fields related to food safety , medicine , energy and daily life . The influence of different metal doping on thermal stability and electrical conductivity of tellurium - based glass is studied . The conductivity of the glass is increased by several orders of magnitude by introducing Cu element into the glass , where ( 伪 5Se15 ) 4sAs30Cu25 glass has good thermal stability ( 鈻

本文编号：1864289