海报-墙报-学术会议.docx
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红外材料及器件实验室
新型红外Ga-Sb-S硫系玻璃光学及物理性能研究
李戈，张腾宇，徐铁峰，戴世勋，聂秋华，焦清*
宁波大学红外材料及器件实验室，浙江，宁波315211
Email:
jiaoqing@,Tel.:
15888106585
简介：
①Ga-Sb-S硫系玻璃具有优良的红外透过能力，是制作光学器件的重要材料；
②Ga-Sb-S硫系玻璃还有较好的化学稳定性和热稳定性，成玻能力较强，以及高非线性特性等特点，适合制造红外光学器件；
③本文研究了不同阳离子Ga/Sb比例下Ga-Sb-S玻璃的光学和物理特性。
实验过程
①玻璃样品组分设计：
GaxSb40-xS60（x=4,6,8,10,12mol%）系列玻璃。
②过程：
将称量好的玻璃抽真空至10-3Pa量级，然后将其放入炉中高温熔制，最后淬冷并退火。
③测试：
可见光与红外吸收透过光谱、密度、拉曼等。
物理及热学性能测试
表1样品的组分设计与密度
序号
组分（mol%）
密度（g/cm3）
Tg（℃）
1
Ga4Sb36S60
4.133
225
2
Ga6Sb34S60
4.083
230
3
Ga8Sb32S60
4.082
239
4
Ga10Sb30S60
4.038
244
5
Ga12Sb28S60
4.019
265
采用排水失重法（利用阿基米德原理）来测量玻璃样品的密度，其精度为±0.001g/cm3。
l其中图谱都表现为硫系非晶态物质典型特征,即3个宽的衍射包；
l没有出现尖锐的析晶峰，没有出现明显的晶相，说明这批样品是非晶态主体物质。
图1样品的XRD
吸收光谱截止边与带隙分析
由Tauc公式计算带隙
（1.1）
图2Ga-Sb-S玻璃样品的近红外吸收截止边
图3（a）玻璃样品（α·hω）2与hω的关系（插图为Eopt与Ga含量的关系）;
（b）玻璃样品（α·hω）1/2与hω的关系（插图为Eopt与Ga含量的关系）
红外光谱透射
图4（a）Ga-Sb-S玻璃样品的红外透过光谱；（b）长波长吸收截止边
表2Ga-Sb-S玻璃样品的透过范围
序号
组分（mol%）
透过范围（μm）
1
Ga4Sb36S60
0.753~13.235
2
Ga6Sb34S60
0.732~13.090
3
Ga8Sb32S60
0.724~12.865
4
Ga10Sb30S60
0.713~12.732
5
Ga12Sb28S60
0.703~12.673
拉曼散射光谱
图5（a）玻璃样品的拉曼光谱；（b）部分同组分材料的拉曼散射光谱图
根据分子振动理论，玻璃材料中结构基团振动频率υ取决于结构网络的多面体中核心离子与近邻离子之间的键常数K和折合质量μ，其关系为：
（1.2）
因此，Ga的引入会使振动频率增大（Ga-S键的间常数大于Ga-Sb键）。
结论
1）随着Ga元素含量的增加，玻璃样品密度随之略有下降。
因为玻璃的密度由其组分的相对原子质量决定，Ga（31）的相对原子质量比Sb（51）的相对原子质量小。
随着Ga的增加，Sb含量减少，玻璃组分的摩尔质量减少，导致玻璃样品密度随之减小。
2）Ga-Sb-S硫系玻璃在远红外的最高透过率达到60%，并且透过范围较宽，红外截止波长都达到12um左右。
Ga含量的增加，价带变得更低，而导带受影响基本不大，从而导致玻璃网络中价带整体降低，使得带隙变大，短波截止边发生蓝移，同时使玻璃中的结构缺陷也得到进一步的改善。
3）在拉曼光谱中，随着Ga元素含量的增加和Sb元素的减少，由Sb-S结构振动引起的55.7cm-1和138cm-1处的谱峰会随着Sb元素所占的比例减少而下降。
而295cm-1处由[SbS3]三角锥的υ1振动模式和[GaS4]的振动合成的的谱峰除了下降还向高波数方向移动。
这是因为[SbS3]三角锥在295cm-1处的振动强度比[GaS4]大而振动频率比[GaS4]低。
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