水热法制备纳米结构铌酸锂及其光学性能研究
铌酸锂(LiNbO3)是一种具有很高居里温度和很大自发极化强度的铁电体氧化物材料,其本身也具有良好的电光、压电和非线性光学等性能,因此在声表面波传感器、光通讯、滤波器等领域大显身手,被称为“聪明”和“通用型”晶体。铌酸锂除了不能做光源探测器以外,适合制作光的多种控制耦合和传输器件,例如:光调制、光波导、光放大、光隔离等器件。纳米线、纳米颗粒,由于量子限制效应所具有的优异的电学和光学性质,在电、光器件方面展示出诱人的前景,但是目前铌酸锂器件还停留使用体单晶、薄膜材料微电子工艺上,随着微电子向纳电子技术的发展,LiNbO3材料也要向纳米材料...
铌酸锂(LiNbO3)是一种具有很高居里温度和很大自发极化强度的铁电体氧化物材料,其本身也具有良好的电光、压电和非线性光学等性能,因此在声表面波传感器、光通讯、滤波器等领域大显身手,被称为“聪明”和“通用型”晶体。铌酸锂除了不能做光源探测器以外,适合制作光的多种控制耦合和传输器件,例如:光调制、光波导、光放大、光隔离等器件。纳米线、纳米颗粒,由于量子限制效应所具有的优异的电学和光学性质,在电、光器件方面展示出诱人的前景,但是目前铌酸锂器件还停留使用体单晶、薄膜材料微电子工艺上,随着微电子向纳电子技术的发展,LiNbO3材料也要向纳米材料制备方向发展,因此纳米结构铌酸锂的研究对我国可持续发展有重要的意义。
   本文以五氧化二铌、一水氢氧化锂和氢氧化钾为原料,在自制的水热反应釜中利用水热法成功制备了多种铌酸锂微/纳米结构。
   反应体系中不加入任何基底情况下,在保证三种药品的摩尔比为:Nb2P5:LiOH·H2O:KOH=1:2:11条件下,改变反应物的浓度,分别制备了铌酸锂微/纳米颗粒和层状铌酸锂纳米结构;如果反应体系加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮,在活性剂含量为0.04g~0.02g之间时制备出了铌酸锂纳米管阵列。
   反应体系中放置多晶氧化铝基底时,我们制备了化学计量比铌酸锂微/纳米线。为了了解水热法制备铌酸锂微/纳米线的生长机理,我们分别对反应时间、反应温度、反应物浓度、衬底的作用和氢氧化钾对实验的影响等进行了深入而细致的分析,获得了优化的生长条件。最佳生长条件是:反应物Nb2O5、LiOH·H2O、KOH的含量分别为0.2g、0.063g、0.464g(Nb2O5:LiOH·H2O:KOH=1:2:11),反应温度为150℃,反应时间为5天。XRD、SEM和HRTEM测试表明:我们所制备的铌酸锂微/纳米线为四方形貌,长度达几十微米,生长方向为[110]。
   我们对生成的铌酸锂微/纳米线进行了光波导性能研究,发现退火可以使其光波导性能非常优异。并且我们也研究了不同角度下耦合光对其性能的影响。实验中,我们发现铌酸锂对红外(1064nm),红光(650nm)和绿光(532nm)都有很好的波导性能。
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作者: 张泽松
学科专业: 材料科学与工程
授予学位: 硕士
导师姓名: 黄靖云 叶志镇
学位年度: 2010
语 种: chi
分类号: TB383 TN252
在线出版日期: 2010年6月30日