EDTA和KCl雙摻雜下KDP溶液穩(wěn)定性及晶體生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、KDP(磷酸二氫鉀，KH2PO4)晶體是一種性能優(yōu)良的非線(xiàn)性材料，具有較大的非線(xiàn)性系數(shù)、較高的激光損傷閾值，另外還有激光倍頻效應(yīng)、電光效應(yīng)、壓電效應(yīng)等多種特殊功能，廣泛應(yīng)用于慣性約束核聚變工程(ICF)和電光開(kāi)關(guān)器件中。因此，它的生長(zhǎng)機(jī)理、生長(zhǎng)工藝和性能得到了廣泛研究。
　　在KDP晶體生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)溶液的穩(wěn)定性是影響生長(zhǎng)晶體質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要因素。因此，近幾年有關(guān)不同因素對(duì)溶液穩(wěn)定性影響的研究越來(lái)越多，如研究pH值、摻雜、

2、過(guò)飽和度、過(guò)熱時(shí)間等對(duì)溶液穩(wěn)定性的影響。其中，摻雜的研究報(bào)道居多，這方面的研究主要集中在兩個(gè)方面，一方面是摻雜下溶液穩(wěn)定性的研究，另一方面是摻雜對(duì)晶體光學(xué)質(zhì)量影響的研究。其實(shí)，生長(zhǎng)溶液穩(wěn)定性與生長(zhǎng)晶體質(zhì)量的優(yōu)劣有直接的關(guān)系，但現(xiàn)有的研究報(bào)道把這兩者孤立起來(lái)研究，并沒(méi)有討論其間的聯(lián)系。因此，本課題將進(jìn)行在雙摻雜情況下KDP溶液穩(wěn)定性、KDP晶體生長(zhǎng)及晶體光學(xué)質(zhì)量測(cè)定等實(shí)驗(yàn)；并深入分析摻雜影響溶液穩(wěn)定性及晶體光學(xué)質(zhì)量的原因；同時(shí)，對(duì)溶液穩(wěn)定

3、性與晶體光學(xué)質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。主要內(nèi)容為：
　?、賹?shí)驗(yàn)測(cè)定了不同雙摻雜(EDTA鉀鹽和KCl)濃度下KDP的溶解度曲線(xiàn)及表征溶液穩(wěn)定性的亞穩(wěn)區(qū)及誘導(dǎo)期。發(fā)現(xiàn)隨雙摻雜濃度增大，KDP晶體的溶解度會(huì)明顯減小，同時(shí)溶液的亞穩(wěn)區(qū)寬度變大，過(guò)飽和溶液的誘導(dǎo)期也相應(yīng)增大、溶液穩(wěn)定性得到提高。
　　②將①中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典成核理論相結(jié)合，計(jì)算相關(guān)成核參數(shù)，對(duì)溶液成核進(jìn)行了深入的研究。分析表明：當(dāng)KDP溶液過(guò)飽和比S≥1.15時(shí)

4、，成核方式為均勻成核，S<1.15時(shí)，非均勻成核占主導(dǎo)地位。
　?、圻M(jìn)行了不同摻雜情況下KDP晶體的生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，并測(cè)定了KDP晶體(100)面的生長(zhǎng)速度，分析了KDP晶體(100)面的生長(zhǎng)速度與不同過(guò)飽和度、不同摻雜濃度的關(guān)系。最后結(jié)合晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)分析了KDP晶體(100)面的生長(zhǎng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，雙摻雜能適當(dāng)提高KDP晶體(100)面的生長(zhǎng)速度；同時(shí)，確定了KDP晶體(100)面的生長(zhǎng)機(jī)制為二維成核生長(zhǎng)機(jī)制；通過(guò)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)分析可知

5、，摻雜在一定程度上能提高(100)面的生長(zhǎng)速度，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。
　?、芾没瘜W(xué)腐蝕法對(duì)不同摻雜條件下生長(zhǎng)出來(lái)的KDP晶體(100)面進(jìn)行了腐蝕，得到位錯(cuò)蝕坑，并用光學(xué)顯微鏡觀(guān)察了晶體表面位錯(cuò)蝕坑的分布情況，分析了位錯(cuò)與溶液穩(wěn)定性的關(guān)系。結(jié)果表明：位錯(cuò)密度隨溶液過(guò)飽和度增加而增大；而且當(dāng)過(guò)飽和度為4％、摻雜濃度為0.01mol%EDTA和1mol%KCl時(shí)，不僅KDP過(guò)飽和溶液的穩(wěn)定性比較高，而且位錯(cuò)蝕坑的分布比較均勻、密度小