“涂覆法”实验研究KDP晶体Z切片薄表面层形成和生长特性

发布时间：2017-04-02 17:03

  本文关键词：“涂覆法”实验研究KDP晶体Z切片薄表面层形成和生长特性，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磷酸二氢钾(KH2PO4,KDP)晶体是20世纪40年代发展起来的一种非常优良的电光非线性光学材料,因其较大的电光非线性系数和较高的激光损伤阈值,使其被广泛应用于激光变频、电光调制和光快速开关等高技术领域,是大功率激光系统的首选材料。大截面KDP类晶体是目前唯一可应用在激光核聚变中的非线性光学材料。在溶液法生长KDP晶体技术中,无论是传统的Z切片籽晶再生过程,还是快速生长技术中点籽晶的再生过程,都存在一种尚未被充分理解的奇特现象,即薄表面层生长现象。当KDP类晶体在人为破坏或自然生长偏离其结晶学形状时,晶体都会以薄表面层生长的形式恢复晶体理想外形。为了探究这一奇特现象的内在机理,本课题提出一种实验研究薄表面层形成和生长的“涂覆法”。利用该方法,以KDP晶体Z切片为载体,对薄表面层形成及生长特性开展研究,探寻棱边在薄表面层形成和生长过程中的作用、棱边与台阶产生之间的关系,并对不同涂覆情况下的薄表面层生长动力学参数进行测量。主要研究内容及结论如下:(1)寻找一种不污染生长溶液的涂覆材料,将其涂覆在晶体的特定表面上,使该表面与生长溶液隔离而无法生长,而未涂覆的晶体表面的成核及生长不受影响。经过反复试验,我们选定奥斯邦1891型号的有机硅胶,为后续的涂覆实验做准备。(2)对KDP晶体Z切片的特定表面进行涂覆处理,探究(001)面、棱边、柱面在薄表面层形成以及生长过程中所起的作用。结果表明,棱边是薄表面层形成的先决条件,正常棱边因涂覆失去后,还可以通过其他方式形成新棱边,柱面的生长和(001)面上小晶锥的结合都能形成新棱边,形成新棱边所需时间存在差异。(3)薄表面层形成过程疑似有悖于热力学原理,面积增加一倍的薄表面层生长方式明显使体系吉布斯自由能增加,对这个现象的确难以给出合理的解释。在前人研究的理论支撑下,我们大胆提出晶体薄表面层的形成和生长存在“记忆功能”。基于晶体的这种“记忆功能”,我们提出一个薄表面层生长假说:“晶体对其形态有记忆功能,在偏离其原有结晶学形态后,存在恢复其原有形态的“恢复势”,该“恢复势”能克服表面能的增加,使晶体以薄表面层生长的方式实现其原有结晶学形态的快速恢复”。基于该假说,我们设计了相关实验对其进行论证。实验结果表明,该假说能较好的解释晶体再生过程的生长特性。(4)通过对各种涂覆处理的Z切片进行光学显微镜实时观测,发现棱边在薄表面层形成中起关键作用,而柱面能提供台阶,在薄表面层生长中起重要作用。同时,得到了不同涂覆处理方式下薄表面层切向生长速度和动力学系数。
【关键词】：KDP晶体Z切片 涂覆法 薄表面层 棱边 切向生长速度 动力学系数
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ131.13
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 符号表9-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 论文的选题及研究意义10-15
• 1.1.1 引言10-12
• 1.1.2 KDP晶体的结构12-13
• 1.1.3 KDP晶体薄表面层研究的意义13-15
• 1.2 课题当前的研究现状15-19
• 1.2.1 薄表面层生长方面的研究现状15-16
• 1.2.2 台阶的产生与推移方面的研究现状16-17
• 1.2.3 KDP晶体生长动力学方面的研究现状17-19
• 1.3 本课题的研究内容19-20
• 2 晶体生长实验基础20-28
• 2.1 过饱和度基本概念20-21
• 2.2 实验试剂及仪器、设备21-22
• 2.3 KDP晶体生长实验22-24
• 2.3.1 籽晶的制备22
• 2.3.2 溶液的配制和处理22-23
• 2.3.3 置入籽晶和晶体生长23-24
• 2.4 晶体的切割24-25
• 2.5 涂覆材料的选取25-27
• 2.5.1 试验步骤25-26
• 2.5.2 涂覆材料性质分析26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 棱边对KDP晶体Z切片薄表面层形成及生长的影响28-35
• 3.1 引言28
• 3.2 实验步骤28-29
• 3.3 实验结果与讨论29-33
• 3.3.1 涂覆柱面及（001）面的边缘29-30
• 3.3.2 涂覆（001）面及柱面的上边缘30-31
• 3.3.3 （001）及各柱面进行不同形式的涂覆处理31-33
• 3.4 本章小结33-35
• 4 KDP晶体Z切片再生过程中“记忆性”的研究35-47
• 4.1 假说35-36
• 4.2 实验步骤36
• 4.3 实验结果与讨论36-45
• 4.3.1 涂覆（001）面的边缘及柱面上边缘36-38
• 4.3.2 将（001）面涂覆分成四部分38-39
• 4.3.3 涂覆锥台的相关棱边39-40
• 4.3.4 涂覆（001）面及两个相对的柱面40-41
• 4.3.5 涂覆（001）面及两个相邻的柱面41-43
• 4.3.6 涂覆（001）面及其中一个柱面43-44
• 4.3.7 涂覆（001）面并对柱面分段涂覆处理44-45
• 4.4 本章小结45-47
• 5 不同涂覆情况下KDP晶体Z切片生长动力学47-54
• 5.1 引言47
• 5.2 光滑界面生长机制47-48
• 5.3 实验步骤48-50
• 5.4 不同涂覆方式下薄表面层动力学参数的实时观测与计算50-53
• 5.5 本章小结53-54
• 6 结论与展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 附录60
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录60
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目60

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本文编号：282815