酸誘導液相沉積GeO2的機制研究.pdf

1、本研究工作介紹了二氧化鍺(GeO2)的性質及應用,尤其在傳輸二氧化碳(CO2)激光的空芯光纖中重要的應用價值。該工作中主要采用酸誘導液相沉積的實驗方法,制備出純GeO2晶體顆粒,進一步堆積成膜,從而應用于空芯光纖的管壁內膜。該工作主要研究GeO2溶解在溶劑中,以及在溶劑中析出晶體兩個過程的反應機制。實驗中首先分析了鍺酸根離子前驅體中發(fā)生的化學反應。向前驅液中加酸后,會有GeO2晶體析出。通過控制初期的反應時間,觀察生長出晶體顆粒的形貌,

2、分析其晶體結構,以及表面活性劑對晶體形貌的影響,從而分析出液相沉積過程中,晶體析出生長的機制。由于在溶液中四方相GeO2的飽和溶解度遠低于六方相的,因此四方相晶體首先在基片上析出,當溶液中溶質的濃度達到六方相飽和濃度時,六方相晶體才開始析出。
　　實驗結果表明,一定的濃度范圍內,六方GeO2可以和氨水溶液反應,得到透明穩(wěn)定的鍺酸根離子溶液,通過熱重,紅外分析,確定不同GeO2固含量溶液中發(fā)生的化學反應。向鍺酸根離子溶液中加入酸后,

3、可以使鍺酸根離子逆向分解,產生GeO2溶質,當GeO2溶質濃度超過其飽和濃度時,便會在基片上面生長GeO2晶體,從而進一步生長成膜。晶體析出生長的過程中,首先是棒狀的四方相GeO2晶體析出,隨著沉積時間的延長,出現(xiàn)了立方體型的六方相GeO2晶體,并且四方相棒狀顆粒也逐漸消失,最終完全被六方相所取代。由于在溶液中四方相的飽和溶解度較低,因此先于六方相析出沉積在基片上,而通過熱力學計算,四方相轉化成六方相是一個吉布斯自由能降低的過程,可以自

4、發(fā)進行,因此四方相的GeO2晶體重新溶解在溶液中,最終以六方相晶體的形式析出。根據(jù)布拉維法則,四方相的GeO2晶體最終生長成為長方體型的棒狀粒子結構。根據(jù)BFDH模型和HP模型,六方相的GeO2晶體最終生長成為立方體型的顆粒結構。在沉積反應液中加入表面活性劑PVP之后,會得到特殊的類似于紡錘體型的六方相GeO2顆粒,主要是因為PVP的特殊分子結構,與GeO2晶體的某些吸附能較高的晶面發(fā)生吸附作用,導致這些晶面生長速率降低,最終保留在晶體