碲基玻璃的中遠(yuǎn)紅外傳感及熱電性能研究.pdf

1、碲基玻璃由于其優(yōu)秀的中遠(yuǎn)紅外透過(guò)性能在最近幾十年得到了越來(lái)越多的關(guān)注。碲基玻璃和光纖即可在太空探索中用于監(jiān)測(cè)系外行星大氣中可能存在的生命跡象，也可在日常生活中用于分析鑒定生物化學(xué)分子。同時(shí)，碲基玻璃由于本征低導(dǎo)熱率和高塞貝克系數(shù)，也是新型熱電材料的良好候選材料。本文重點(diǎn)開展了穩(wěn)定的碲基玻璃和光纖制備技術(shù)的研究，制備了應(yīng)用于歐洲航天局達(dá)爾文項(xiàng)目第二紅外窗口(12μm-18μm)的單模光纖，研究了玻璃組成、制備工藝對(duì)碲基玻璃和光纖的熱穩(wěn)定性

2、、光學(xué)性能和熱電性能的影響規(guī)律，探討了碲基玻璃光纖作為中遠(yuǎn)紅外傳感探頭以及碲基玻璃作為新型低溫?zé)犭姴牧系臐撛趹?yīng)用價(jià)值。
　　為了監(jiān)測(cè)類地行星以及分析外星生命存在的可能性，歐洲航天局達(dá)爾文項(xiàng)目要求制備用于探測(cè)系外行星大氣中可能存在的H2O(6μm)、O3(9μm)以及CO2(15μm)振動(dòng)吸收峰的紅外單模光纖，目前已成功制備了應(yīng)用于第一窗口(6μm-12μm)的Te-As-Se單模光纖。本文主要研制對(duì)應(yīng)第二紅外窗口(12μm-18μ

3、m)的單模光纖，通過(guò)兩步提純技術(shù)和二氧化硅毛細(xì)管模制法制備高品質(zhì)的Te-Ge-Se光纖預(yù)制棒，再經(jīng)光纖拉制制備了纖芯直徑為20μm的TGS3/TGS5光纖，其紅外透過(guò)窗口為3μm至16μm，最小光學(xué)損耗為7.3 dB·m-1，輸出光強(qiáng)度遵循高斯分布，為單模傳導(dǎo)。
　　研究了Ag、I和AgI等對(duì)GeTe4玻璃熱穩(wěn)定性、密度、電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電等性能的影響規(guī)律，制備了一系列(GeTe4)100-xMx(M為Ag，I，或AgI)玻璃。其

4、中，(GeTe4)100-xAgIx玻璃的紅外透過(guò)窗口可以達(dá)到35μm。此玻璃既可以作為光纖應(yīng)用于中紅外區(qū)，也可以作為透鏡應(yīng)用于遠(yuǎn)紅外區(qū)，是非常有應(yīng)用前景的紅外材料。在此基礎(chǔ)上，制備了Te-Ge-AgI低損耗單指數(shù)光纖并研究了Te-Ge-AgI玻璃在紅外傳感領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)。通過(guò)在光纖拉制過(guò)程中調(diào)整瞬時(shí)拉制速度制備了具有不同直徑的Te-Ge-AgI錐形光纖，用于二氯甲烷，氯仿和甲苯在2μm至16μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)紅外光譜的測(cè)試。錐形光纖的紅外

5、傳感截止波長(zhǎng)為16μm，隨著傳感區(qū)域直徑的減小，光纖的靈敏度明顯增強(qiáng)，Te-Ge-AgI光纖的甲苯濃度檢測(cè)下限達(dá)到0.5 vol.％。此外，對(duì)小牛血清、牛奶、黃油和汽油等復(fù)雜有機(jī)系統(tǒng)的紅外光譜測(cè)定表明，Te-Ge-AgI光纖紅外傳感器，由于其簡(jiǎn)易性和高效性，可以在食品安全、醫(yī)藥、能源和日常生活相關(guān)的其他領(lǐng)域?qū)瘜W(xué)和生物分子進(jìn)行定性和定量分析。
　　研究了不同金屬摻雜對(duì)碲基玻璃熱穩(wěn)定性和電導(dǎo)率的影響規(guī)律，通過(guò)在玻璃中引入Cu元素可使

6、其電導(dǎo)率增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，其中，(Te85Se15)45As30Cu25玻璃兼具良好的熱穩(wěn)定性(ΔT=99℃)和低電阻率(ρ=35Ω·cm)。采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)將碲基玻璃與P型低溫?zé)犭姴牧螧i0.5Sb1.5Te3復(fù)合，制備了(Te85Se15)45As30Cu25/Bi0.5Sb1.5Te3新型低溫?zé)犭姴牧?，測(cè)試了其電阻率、塞貝克系數(shù)、熱電導(dǎo)等性能，計(jì)算了材料的品質(zhì)因數(shù)ZT。室溫下Bi0.5Sb1.5Te3含量為30％和50％的復(fù)合