1、1毕业设计开题报告通信工程除氧剂对红外硫系玻璃光学光谱性质的影响研究一、选题的背景与意义硫系玻璃是无机玻璃材料大家族中的一员。早在五十年代硫系玻璃就开始被作为透红外材料使用。这是因为,与氧化物玻璃相比,硫系玻璃具有较大1的质量和较弱的键强,因而具有较长的透红外截止波15M,可有效地用于大气的第三个红外窗口812M。六十年代激光技术的出现和迅速发展大大地促进了对自紫外至远红外传输介质的开发,硫系玻璃作为透红外材料的实用价值亦在不断提高,尤其在制备短距离传输小功率信号和能量传输光纤方面具有很大的潜力。进入八十年代以后,随着激光器趋于小型化、大功率、长寿命和高稳定性,应用领域日益广泛,因而对1016
2、MCO2激光传输光纤的实际需求量呈不断上升的趋势,对硫系玻璃作为红外光纤材料的开发和研究也出现了一个新的高潮,相继研制出ASS,GEASS,ASSE,GEASSE,GEPS,GES,GESE,GEASSETE和ASSETE系统光纤材料。32随着外太空生命探测、生物传感等远红外技术日益兴起，越来越需要发展新型远红外硫系玻璃材料。S基玻璃是由最轻的硫元素构成玻璃，其红外截止在10M左右。SE基玻璃能将截止带红移至14M，所以目前以最合适远红外太空和光谱指纹探测应用的就是新型的采用硫族中最重元素TE为主要基质组分的新型TE硫系玻璃材料。然而高性能透红外硫系玻璃材料的开发和应用长期来在4很大程度上受到
3、杂质对透过性能影响的制约。由于在11M前后就出现了因氧化物杂质引起的强烈吸收段而导致玻璃不能透过,使得硫系玻璃的实际透过区域只为0811M。所以要达到上述实用价值，需要消除硫系玻璃中存在的5微量杂质（主要是消除氧杂），得到高纯度的材料，因为硫系玻璃中非本征吸收损耗（主要由各种阴阳离子杂质引起）对其红外特性影响很大。目前国内外6对新一代机械强度较高，抗热稳定性好的新型TE基硫系玻璃材料研究缺乏。4本研究从TE的化学、物理性能出发，利用氧化剂去除原料中氧化物2GEO,SEO2，SB2O3等氧化物杂质，获得最简单有效的高纯度硫系玻璃方法，同时研究不同的还原金属的含量对玻璃形成、光谱性质的影响，选出除
4、氧剂的最佳添加量，从而获得最佳的除氧效果，同时保持玻璃结构中除氧剂含量最低；逐步减小氧化物与其它元素杂质影响，从而获得改良的高透过率，透红外波段远的新型硫系硫卤材料，促进半导体和玻璃制作业的发展。107二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1、基本内容在TE基硫系玻璃红外透过性能对杂质,尤其对氧、碳和氢的存在非常敏感。这些杂质或者彼此结合,或者与玻璃中的元素化合,由此而生成的化合物在硫系玻璃的红外透过区内产生一系列程度不同的吸收。杂质氧通常被认为是在整个中红外区构成硫系玻璃中非本征吸收损耗的最主要原，因配料或原料中混入的H2O，O，TE等杂质会引起玻璃中红外光谱区明显的吸收峰，而且不熔性杂质的存
5、在，影响了TE玻璃的成玻璃性能，因此，在硫系玻璃的提纯化研究中，常常添加强还原剂如MG、AL等来实现对玻璃原料中的O，H2O等杂质的去除。根据相关物理、化学过程利用活性金属MG，AL等以及卤化物去除原料和玻璃中的氧和氢元素，分析多种玻璃提纯工艺对TE基硫系玻璃的红外截止波长长等光学特点的影响，探索有效的玻璃除氧工艺。2、拟解决的主要问题（1）由于除氧剂会形成难容物，影响了玻璃的光学均匀性，如MG易与SE形成难容的MGSE等物质，所以要研究除氧剂的添加量对玻璃性能的影响，得出最佳的添加量（2）如果采用真空蒸馏化提纯玻璃时，因为MG会在高温下气化而进入新玻璃系统，故需探讨选择什么温度来除氧，从而减
6、少除氧剂对玻璃性能的影响（3）本课题中探讨MG，AL等不同除氧剂对硫系玻璃组分的影响，研究出最合适硫系玻璃用的除氧剂三、研究的方法与技术路线真空提纯碲是利用碲在熔融状况下，碲与杂质之间存在明显的蒸汽压、蒸发速度差别，在真空条件下碲蒸发而杂质残留于液相之中,从而使碲与杂质分离。该法具有一定的提纯效果,是目前国内外采用的高纯碲制备工艺中的中间3提纯方法。利用真空提纯法，在玻璃组分中加入MG、AL等除氧剂，制备出除氧后的玻璃。利用红外光谱技术和多声子吸收理论分析特定玻璃组分下的红外光谱特性，对硫系玻璃进行光谱性能测试。红外光谱主要是激发分子的声子跃迁，是分子结构的客观反映，谱图中的吸收峰都对应着分子
7、中各个基团的振动方式（伸缩或者弯曲振动）。根据红外谱特性，观察各除氧剂对硫系玻璃的除氧效果，选出理想的除氧剂（1）选取TE基硫系玻璃原料，根据不同预处理工艺设计不同工艺方案制取样品（2）利用真空提纯法对不加除氧剂的原料和分别加除氧剂的原料进行提纯、熔制（3）将样品切割、抛光加工，用光谱测试仪进行透过光谱测量（4）利用红外光谱技术和多声子吸收理论分析特定玻璃组分下的红外光谱特性。观察MG、AL等不同除氧剂的提纯效果玻璃组分设计玻璃的制备玻璃性能的测试除氧剂对玻璃除氧效果比较选出最佳除氧剂四、研究的总体安排与进度201012101225阅读有关硫系玻璃除氧剂的资料，撰写开题报告。201012011
8、3翻译外文资料，阅读参考文献，为实验做充分准备。201134根据掌握的资料，进行试验并记录实验数据。201145对相关资料和实验数据进行综合分析，书写论文。20115答辩及相关准备。五、主要参考文献41JASAVAGE，JNONCRYSTALSOLIDS,1982,4711012高桥志郎,1985,2075953BRUNOBUREAU,CATHERINEBOUSSARDPLEDEL,PIERRELUCAS,XIANGHUAZHANGANDJACQUESLUCAS,FORMINGGLASSESFROMSEANDTE2009,14433743504戴世勋，王国祥,沈祥,王训四,徐铁峰，聂秋华，GA
9、对红外TE基硫系玻璃光学性能的影响。物理学报，2010，59（11）794979565陈国荣，程继健，高纯透红外硫系玻璃材料的制备。1997，463696余尧楚，杨佩红硫系玻璃种微量杂质对光性影响的消除和测定。玻璃与搪瓷1986,314177JSHARMA,SKUMAR,ROLEOFSOMEMETALLICIMPURITIESPB,SB,TEONDIELECTRICPROPERTIESOFSEINGLASSYALLOYSCHALCOGENIDELETTERS620096736828PSHARMA,SCKATYAL,JNONCRYSTOPTICALSTUDYOFGE10SE90XTEXGLASS
10、YSEMICONDUCTORSJSOLIDS354200838369SDANTO,PHOUIZOT,CBOUSSARDPLEDEL,XHZHANG,ADVFUNCTMATERAFAMILYOFFARINFRAREDTRANSMITTINGGLASSESINTHEGAGETESYSTEMFORSPACEAPPLICATIONSJ162006184710AWILHELM,CBOUSSARDPLEDEL,PPLUCAS,PROCDEVELOPMENTOFFARINFRAREDTRANSMITTINGTEBASEDGLASSESSUITABLEFORCARBONDIOXIDEDETECTIONANDS
11、PACEOPTICSJSPIE6433200764330U5毕业设计文献综述通信工程除氧剂对红外硫系玻璃光学光谱性质的影响研究摘要硫系玻璃作为透红外材料广泛应用于医学、民用、军事及航天等领域。随着红外技术的发展，对硫系玻璃的纯度到了一个新的高度。去除玻璃中的氧杂质成了重要的因素。关键字硫系玻璃；除氧剂；光学性能1引言众所周知，硫系玻璃是无机玻璃材料大家族中的一员。早在20世纪50年代硫系玻璃就开始被作为透红外材料不断使用。这是因为,和氧化物玻璃相比,硫系玻璃具有较大1的质量和较弱键强,因而具有比较长的透红外截止波15M,可有效地用于大气的第三个红外窗口812M。在六十年代激光技术的出现和迅速发
12、展大大地促进了对自紫外至远红外传输介质的开发,所以硫系玻璃作为透红外材料的实用价值亦在不断提高,尤其在制备短距离传输小功率信号和能量传输光纤方面具有很大的潜力。21随着远红外技术日益兴起，探索更深更广的太空，求索太空奥秘，寻觅地外生命及探索地球起源，已经成为了现代人类航天活动的第三个主要目标。在近二十年里，中国的“神舟号”飞船和返回式卫星、空间生命科学研究的成功实施，以及世界对太空资源的猜想和利用，宇宙探索越来越成为人们讨论和研究的焦点3。欧洲宇航局ESA推出的以探索外太空类地星球上的生命为主要目的达尔文计划DARWINMISSION45，利用放置于火星和木星之间的零位干涉仪，不断的扫描宇宙中
13、处于红外波段的电磁波谱，搜索作为生命标志的水、臭氧及二氧化碳存在而引起的红外频谱变化踪迹。这些化学组分的最重要1频谱特征是H2O在6M、O3在9M以及CO2分子在16M处引起光谱吸收峰6。然而零位干涉仪的核心光学部件之一就是一种能工作于频谱窗口618M的单模红外光纤3。同样，美国太空总署NASA推出的预计2011年升空的类地行星发现者号TERRESTRIALPLANETFINDERTPF7装备的新世界成像系统（NEWWORLDSIMAGER）也利用类似的远红外探测技术8。所以对红外光学材料制作的现代高精工艺要求材料的纯度达到一个新的要求。在硫系玻璃中，S基玻璃是由最轻的硫元素构成玻璃，其红外截
14、止在10M左右。SE基玻璃能将截止带红移至14M，所以目前以最合适远红外太空和光谱指纹探测应用的就是新型的采用硫族中最重元素TE为主要基质组分的新型TE硫系玻璃材料。然而高性能96透红外硫系玻璃材料的开发和应用长期来在很大程度上受到杂质对透过性能影响的制约。由于在11M前后就出现了因氧化物杂质引起的强烈吸收段而导致玻璃不能透过,使得硫系玻璃的实际透过区域只为0811M。所以要达到上述实用价值，需要消除硫系10玻璃中存在的微量杂质,主要是消除氧杂质，得到高纯度的材料，因为硫系玻璃中非本征吸收损耗（主要由各种阴阳离子杂质引起）对其红外特性影响很大。本研究从TE的化学、1物理性能出发，利用氧化剂去除
15、原料中氧化物GEO,SEO2，SB2O3等氧化物杂质，获得最简单有效的高纯度硫系玻璃方法，同时研究不同的还原金属的含量对玻璃形成、光谱性质的影响，选出除氧剂的最佳添加量，从而获得最佳的除氧效果，同时保持玻璃结构中除氧剂含量最低；逐步减小氧化物与其它元素杂质影响，从而获得改良的高透过率，透红外波段远的新型硫系硫卤材料，促进半导体和玻璃制作业的发展。2国内外研究情况国内不少的研究机构（中国科学院上海光学精密机械研究所、中科院西安光学精密机械研究所、宁波大学信息科学与工程学院等等）以及法国雷恩大学玻璃与陶瓷国家实验室对硫系玻璃中杂质消除研究进行了一些研究，取得了一系列的重要的研究成果。但是对TE基玻
16、璃除氧的研究并不多，经国内CNIK数据库查询，1987年2006年国内在掺TE的硫系玻璃仅9篇，且大部分集中于上世纪90年代初。1997年华东理工大学无机材料系的陈国荣、程继建发表了高纯透红外硫系玻璃材料的制备，里面对氧杂质对硫系玻璃的影响并提出了利用真空蒸馏方法并加入MG可以提高除氧效果。1998年北京有色金属研究总院的杨海等人发表了含氧硫系玻璃中氧吸收的消除，里面写道添加AL对除氧效果研究。2008年宁波大学信息科学与工程学院的戴世勋等人发表了GESESB硫系玻璃中杂质消除研究，里面采用整体蒸馏添加MG原料的纯化工艺能最有效地消除玻璃中的杂质中通过研究了五种不同预处理工艺制备下杂质对GES
17、ESB玻璃的红外透过性能的差异，得出采用整体蒸馏添加MG原料的纯化工艺能有效地消除玻璃中的杂质。3理论研究杂质氧通常被认为是在整个中红外区构成硫系玻璃中非本征吸收损耗的最主要原，因配料或原料中混入的H2O，O，TE等杂质会引起玻璃中红外光谱区明显的吸收峰，而且不熔性杂质的存在，影响了TE玻璃的成玻璃性能，因此，在硫系玻璃的提纯化研究中，常常添加强还原剂如MG、AL等来实现对玻璃原料中的O，H2O等杂质的去除。配制好几组相同的玻璃组分，分别加入不同量的MG、AL，利用真空提纯法制备出除氧后的玻璃。然后利用红外光谱技术和多声子吸收理论分析特定玻璃组分下的红外光谱特性，对硫系玻璃进行光谱性能测试。红
18、外光谱主要是激发分子的声子跃迁，是分子结构的客观反映，谱图中的吸收峰都对应着分子中各个基团的振动方式（伸缩或者弯曲振动）。根据红外谱特性，分析不同含量及不同种类除氧剂对TE基硫系玻璃的红外截止波长长等光学特点的影响，选出最佳除氧效果的除氧剂。7实验基本过程如下（1）选取TE基硫系玻璃原料，根据不同预处理工艺设计不同工艺方案制取样品（2）利用真空提纯法对不加除氧剂的原料和分别加除氧剂的原料进行提纯、熔制（3）将样品切割、抛光加工，用光谱测试仪进行透过光谱测量（4）利用红外光谱技术和多声子吸收理论分析特定玻璃组分下的红外光谱特性。观察MG、AL等不同除氧剂的提纯效果4总结虽然早在上世纪50年代硫系
19、玻璃就以开始应用，但对TE基硫系玻璃的研究还不是很多，所以对其除氧的研究也不是很多。本研究就是对除氧剂对TE基硫系玻璃的光学光谱性质影响的研究。选出最佳的除氧剂达到最佳除氧效果。因为高纯的TE基硫系玻璃材料是应用于新型远红外技术的必备材料。5参考文献1高桥志郎,1985,2075952BRUNOBUREAU,CATHERINEBOUSSARDPLEDEL,PIERRELUCAS,XIANGHUAZHANGANDJACQUESLUCAS,FORMINGGLASSESFROMSEANDTE3高远,吴昊,程华月,蒋玉思真空蒸馏法制备高纯碲有色金属2007，120224AAWILHELM,CBOUSS
20、ARDPLEDEL,QCOULOMBIER,JLUCAS,BBUREAU,PLUCAS,DEVELOPMENTOFFARINFRAREDTRANSMITTINGTEBASEDGLASSESSUITABLEFORCARBONDIOXIDEDETECTIONANDSPACEOPTICSADVMATER2007,1922379638005WCASH,DETECTIONOFEARTHLIKEPLANETSAROUNDNEARBYSTARSUSINGAPETALSHAPEDOCCULTERNATURE2006,442709851536XZHANG,BBUREAU,PLUCAS,CBOUSSARDPLED
21、EL,JLUCAS,GLASSESFORSEEINGBEYONDVISIBLECHEMEURJ2008,144324427苏克曼,潘铁英,张玉兰波谱解析法1上海华东理工大学出版社,200288VQNGUYEN,JSSANGHERA,FHKUNG,IDAGGARWAL,IKLLOYD,EFFECTOFTEMPERATUREONTHEABSORPTIONLOSSOFCHALCOGENIDEGLASSFIBERSAPPLOPT1999,3815320632139戴世勋，王国祥,沈祥,王训四,徐铁峰，聂秋华，GA对红外TE基硫系玻璃光学性能的影响。物理学报，2010，59（11）7949795610陈
22、国荣，程继健，高纯透红外硫系玻璃材料的制备。1997，4636911余尧楚，杨佩红硫系玻璃种微量杂质对光性影响的消除和测定。玻璃与搪瓷1986,314178本科毕业设计（20届）除氧剂对红外硫系玻璃光学光谱性质的影响研究9摘要【摘要】高纯TE基硫系玻璃材料是制备红外探测、射线探测设备等的主要组成部分。然而由于原材料或熔制过程中引入的杂质对透过性的影响，高性能的红外硫系玻璃材料的制备在很大的程度上受到工艺条件的制约。本文首先了解一些相关知识和研究意义，其中包括硫系玻璃及碲基硫系玻璃的出现、发展等基本知识。然后论述了一些相关的理论基础，包括硫系玻璃的光损耗、杂质氧对硫系玻璃的影响和除氧的方法。接着
23、就是对GESETE硫系玻璃样品的制备和机械、物理性质及相关光学性能测试。最后对玻璃样品及测试数据进行了相关计算和分析并得出结论。【关键词】硫系玻璃；除氧剂；光学性能。10ABSTRACT【ABSTRACT】THEHIGHPURITYTEBASEDCHALCOGENIDEGLASSMATERIALISTHEMAINPARTOFMANUFACTURINGEQUIPMENTSUCHASINFRAREDDETECTIONANDRADIATIONDETECTIONEQUIPMENTHOWEVER,WITHTHEEFFECTSONPERMEABILITYBYTHEIMPURITYWHICHISBROUGH
24、TBYRAWMATERIALORMELTINGPROCESS,THEPRODUCINGOFHIGHPERFORMANCEINFRAREDCHALCOGENIDEGLASSMATERIALSISLIMITEDBYTHETECHNOLOGCIALCONDITIONSTOALARGEEXTENTFIRSTOFTHISPAPERINTRODUCESSOMERELEVANTKNOWLEDGEANDRESEARCHSIGNIFICANCE,INCLUDINGTHEFUNDAMENTALKNOWLEDGEABOUTTHEORIGINANDDEVELOPMENTOFCHALCOGENIDEGLASSANDTE
25、BASEDCHALCOGENIDEGLASSANDTHENINTRODUCESSOMETHEORYBASISINCLUDINGOPTICALLOSSONCHALCOGENIDEGLASS,THEEFFECTSONCHALCOGENIDEGLASSBYOXYGENIMPURITIESANDTHEMETHODOFELIMINATINGOXYGENTHENINTRODUCESTHEPRODUCINGOFGESETECHALCOGENIDEGLASSSAMPLESANDSOMEPERFORMANCETESTSABOUTMECHANICAL,PHYSICALANDRELATEDOPTICALPROPER
26、TIESTHERELATEDCALCULATIONANDANALYSISOFGLASSSAMPLESANDTESTDATAAREINTRODUCEDINLATERATLAST,THISPAPERGIVESITSCONCLUSION【KEYWORDS】CHALCOGENIDEGLASS；DEOXIDANT；OPTICALPROPERTIES。11目录摘要IIABSTRACTIII目录IV引言11绪论311碲3111碲的性质3112碲的用途4113碲的提纯方法412硫系玻璃6121硫系玻璃的种类6122硫系玻璃的特性6123硫系玻璃的应用7124碲基硫系玻璃的发展713硫系玻璃除氧及除氧剂的研究现
27、状814论文研究思路和主要内容92理论和技术基础1021光损耗10211吸收损耗10212散射损耗10213本征损耗10214非本征损耗1122杂质氧对硫系玻璃光损耗的影响1123硫系玻璃的除氧方法12231真空蒸馏法12232除氧剂法123实验1431实验原料及仪器1432实验设计15331硫系玻璃制备工艺16332石英管的预处理17333试剂的称量和配料17334石英管抽真空与封熔17335玻璃的熔制17336出炉与退火19337玻璃的切割和抛光1934玻璃性能测试19341密度测试19342红外透过光谱测试194结果与分析211241物理性质2142近红外和中、远红外光谱测试22421添
28、加不同的除氧剂22422添加不同量除氧剂2343小结265结论28参考文献29致谢3113引言硫系玻璃是无机玻璃材料大家族中的一员。早在20世纪50年代的时候硫系玻璃就开始被作为透红外材料逐渐的被使用，这是因为,它与氧化物玻璃相比,硫系玻璃的优点在于它具有较大的质量和较弱的键强,因而具有比氧化物玻璃长的透红外截止波长15M,于是对于大气的第三个红外窗口812M可以有效的利用；在激光技术出现和快速发展的60年代，用于紫外至远红外传输的介质不断的被开发，于是硫系玻璃作为透红外材料使用率不断的提高，它的实用价值也从此在不断提高,尤其是在制备能量传输光纤方面和短距离传输小功率信号等方面比其它材料具有更
29、大的潜力2。到了20世纪80年代初，人们对于将硫系玻璃用于光纤材料进行了相当广泛的研究，从此以后，硫系玻璃材料从ASS、GEASS、ASSE、GEASSE、GEPS、GES、GESE、GEASSETE到ASSETE等的各种系统陆续被报道出来3。由于近些年远红外技术的日益兴起，探索更深更广的宇宙，探求宇宙的奥秘，寻觅外太空生命及探索地球起源，已经成为了现代人类航天活动的第三个主要目标。如中国的“神舟号”飞船和返回式卫星及空间生命科学研究的成功实施，以及世界对太空资源的猜想和利用，宇宙探索已经成为人们讨论和研究的焦点4。欧洲宇航局ESA也推出达尔文计划DARWINMISSION，主要目的是为了以探
30、索外太空类地星球上的生命56，此计划将零位干涉仪放置于火星和木星之间，利用零位干涉仪不断的扫描宇宙中处于红外波段的电磁波谱，搜索由于水、臭氧及二氧化碳的存在而引起的红外频谱变化，因为这些作为生命标志的化学组分在6M（水）、9M（臭氧）、16M（二氧化碳）处由于的分子的振动会引起光谱吸收峰的出现的频谱特征7。工作于频谱窗口618M的单模红外硫系玻璃光纤就是零位干涉仪的核心光学部件中的一种4。同样，美国太空总署NASA推出的在2011年升空的类地行星发现者号TERRESTRIALPLANETFINDERTPF8所装备的新世界成像系统（NEWWORLDSIMAGER）也利用类似的远红外探测技术9。所
31、以不但需要新型的红外光学材料，而且对红外光学材料的纯度也达到一新的高度。而在硫系玻璃中，S基玻璃是由最轻的硫元素所构成的玻璃，它的红外截止在10M左右，SE基玻璃截止带红移至到了14M左右，然而这些硫系玻璃材料都不是光谱指纹探测应用和远红外太空的最佳材料，目前最合适这些应用的硫系玻璃材料就是采用硫族中最重元素TE为主要基质组分的新型TE硫系玻璃材料10。但是硫系玻璃的透过性能在很大程14度上受杂质的影响，所以高性能的透红外硫系玻璃材料的开发和应用长期以来受到了制约。由于氧杂质的影响，在11M前后就出现了强烈吸收段，从而导致光不能玻璃透过,使得硫系玻璃的实际透过区域只有0811M11。所以要达到
32、上述实用价值，就需要消除硫系玻璃中存在的微量杂质,主要是消除氧杂质，才能得到高纯度的材料，因为硫系玻璃中的非本征吸收损耗（主要由各种阴阳离子杂质引起）对其红外光谱特性影响很大12。本实验就对GETESE硫系玻璃的除氧进行详细的研究和讨论。分析了硫系玻璃的吸收损耗，散射损耗，从TE的化学、物理性能出发，利用氧化剂去除原料中氧化物GEO,SEO2等氧化物杂质，获得最简单有效的高纯度硫系玻璃方法，同时研究不同的还原金属的含量对玻璃形成、光谱性质的影响的相关问题。151绪论TE基硫系玻璃时适合应用于崭新远红外应用领域的光学材料，所以本章对碲及硫系玻璃相关知识进行讲述。11碲碲是1782年德国矿物学家米
33、勒冯赖兴施泰因在研究德国金矿石时，得到了一种未知物质。在1798年德国人克拉普罗特证实了此发现，并测定了这一物质的特性，按拉丁文TELLUS地球将此命名为TELLURIUM13。碲被称为稀有元素，它除了具有金属性和非金属性两种性质的特性，还拥有一些特殊性质，如它在元素周期表中的院子序数要比碘低，但它却拥有较大的原子质量。碲的形态如图11图11碲111碲的性质碲是元素周期表第VIA族元素，元素符号为TE，它的性质与硒相似，能够形成无定形和结晶形两种固体，碲拥有两种同素异形体，一种是六方晶形，原子排列呈螺旋状具有白色金属光泽；另一种是无定形的，呈黑色粉末状。其物理性质见表11表11碲的物理性质项目
34、数量原子量12760原子量单位电子构造氪4D105S25P4氧化价（氧化物）2，4，6（弱酸性）原子半径140（123）PM16电负性21（鲍林标度）第一电离能8693KJ/MOL密度6240KG/M3熔点72266K（44951C）沸点1261K（988C）熔化热1749KJ/MOL汽化热5255KJ/MOL比热202J/KGK蒸气压231帕（27265K）电导率200/米欧姆热导率235W/MK碲的化学性质与硒相似，在空气中燃烧带有蓝色火焰，生成二氧化碲。碲可与卤素反应，但不与硫、硒反应。和硒相反，在高温下碲几乎不同氢发生作用。溶于硫酸、硝酸和氰化钾溶液。易传热和导电1415。112碲的用
35、途随着航天、电子等领域对碲等稀有金属的需求越来越大，碲已经称为通信、航天、医学等领域所需求的新型材料的支撑材料，下面简单介绍碲在一些领域中的应用13。（1）在冶金行业中的应用在冶金行业中，为了改善钢及其机械性能，碲作为添加剂用于合金的冶炼。添加了少量碲的低碳钢和不锈钢，它们的切割和加工性能得以大为改善，还可以增加切割工具的光洁度和使用寿命。在一些铸造的时候，添加少量的碲对冷却结晶深度加以控制，还有向铝合金等合金中加入碲不但可以提高它们的硬度和弹性，还可以提高其抗腐蚀的能力。（2）在化工行业中的应用碲在化工行业中，被用于乙醇制取的催化剂、橡胶二次催化剂和石油裂解催化剂的添加剂，还有碲形成的化合物
36、被制成各种用在医学、玻璃、塑料等行业中的触媒。（3）在电子行业中的应用在电子行业中，高纯度的碲被广泛应用于各种电子学中。如，碲化物碲化铋可以和碲化锑一起被用于温差电器里面。应为碲化铋具有良好的制冷性，所以它是温差制冷中的重17要材料，而且它可以作为氟利昂的替代材料，是减少大气污染的理想材料。碲的化合物还被应用于红外探测仪器、太阳能电池和静电应刷等方面。113碲的提纯方法1纯碱焙烧法17纯碱焙烧法是通过用阳极泥、NACO2和水三者充分的混合后，形成一种浓膏状的东西,然后在高温下对其进行焙烧,此过程中将TE挥发的情况忽略不计，假设它完全的转化为六价状态。通过焙烧后，浓膏状变成了颗粒状或块状，将其磨
37、细后,用水冲洗,由于阳极泥中的SE元素在焙烧的过程中反应生成了硒酸钠,与此同时NA2TEO4不易溶解在强碱性的溶液中，所以它残留在了渣中。因此用H2SO4对除去SE的纯碱浸出渣进行处理，将不溶解的NA2TEO4转化为可溶解的H2TEO4。423242SONATEHSOTENA11碲酸还原为TE可以利用HCL和SO2处理来实现23242CLTLTEH12ESOHO423232132区熔精炼法19当含有杂质的熔体碲降温到碲中含有的各种杂质的凝固温度时候，由于杂质的分布量在熔融态中与在凝固晶体中有着明显的差异，于是利用这个原理我们可以采用区熔精炼来提纯TE金属。将一个可以移动的加热器安装在金属棒上，
38、使其能够沿着金属棒缓慢移动，然后让加热器从金属棒的一端开始加热并使其熔化，当加热器向前移动的时候，熔区也跟着加热器向前移动，然而当加热器移出前一段的熔区后，那段熔区由于温度降低而逐渐的凝固，加热器这样从金属棒的一段移动到另一端的过程被称作一次通过。如此重复，经过若干次以后，金属棒中的杂质就会慢慢聚集到金属棒的一端，这时候，将富集有杂质的一端切去，即可得到高纯金属。在利用此方法的时候我们应该注意熔区的宽度，熔体搅拌状况和移动速度以及熔区的波动，因为这些因素直接影响到TE提纯的效果。183微生物法13此方法是RAJWADE等在2003年的时候提出的，他们利用微生物的连续搅拌，从含TE的溶液中将TE
39、提取出来，具体操作是他们在含有10MG/L碲的溶液中，将PH值控制在5585的范围内，将温度控制在2545摄氏度，通过微生物来吸附还原TE元素，这样做的话就可以代替强还原剂，不但提高了TE提取的效率，还降低了提取所花费的成本。这一理论的成功提出，生物冶金从此应用到了碲的提取上。在2004年的时候，廖梦霞等人在中国提出了首例在碲的提取上走微生物冶金方法的开发战略。出了上面的几种方法外，还有真空蒸馏法、萃取法、液膜法18等一些方法。12硫系玻璃所谓的硫系玻璃通常是指由元素周期表VI族元素中除O以外，以S、SE、TE中的一种或几种为基础成分并引入一定量的其它元素如AS、GA之类电负性较弱的元素而形成
40、的玻璃材料。这种玻璃比硫系单质或相互间形成的玻璃更加具有一系列重要的性能20。121硫系玻璃的种类硫系玻璃按构成基本玻璃来分，可分为3类20S玻璃ASS，ASSSE，GESP，GES，GEASSSE及GESBS等；SE玻璃ASSE，GESE，GEASSE，GESESB，GESEP等；TE玻璃GESETESBTI，GESETE，ASSETE等。122硫系玻璃的特性硫系玻璃与其他透红外的玻璃如卤化物玻璃、多晶玻璃等相比,硫系玻璃具有透红外性能好,机械强度高,耐化学性能好,生产成本低的特点。而且具有良好的透过率和较高的转变温度2122。1透过性能玻璃的红外吸收主要由于红外光的频率与玻璃中分子振动的本
41、征频率相同或是相近引起共振吸收而引起的20，其中物质的本证频率决定于力常数和分子量的大小，与力常数成正比，与分子量成反比。由于硫系单质的原子量比氧化物大，而且力常数小，所以硫系玻璃与其他的玻璃或卤化物晶体相比较，在红外区域有很高的透过性能，但是随着硫系玻璃成分的改变，它的光谱性能也会变得不一样，在可见光的部分，S化物玻璃是有部分透过的，而SE、TE化合物玻璃是没有透过的，这两种硫系玻璃只有在近红外和中、远红外区域有透过，在长波段三类硫系玻璃的截至波长分别为TE基硫系玻璃大约为20M，SE基硫系玻19璃大约为15M，S基硫系玻璃大约为12M23。由此可见，TE基硫系玻璃的红外截止波长最长。2折射
42、率SANAGE将含AS、SI、GE等元素的硫系玻璃在35M及812M两个波段处的折射率的变化规律进行了总结，如果当AS2S3被AS2SE3或者TE替换的时候，硫系玻璃的折射率会有所增加，色散曲线也变得比氧化物玻璃或氟化物玻璃更加的平坦，如果加入GE、SI等元素话，就会降低硫系玻璃的折射率，如果加入PB、SB、SN等元素就会使硫系玻璃的折射率增加。3光至转变当玻璃材料吸收了能量与光能隙相当的光子以后，非晶态的硫系玻璃材料就会发生如光致结晶、光致蒸发、金属光致溶解、光致分解、光致伸缩和光致聚合等一些转变。而这些现象的产生将引起光学常数的改变，在入射光能量接近带宽的区域尤为明显，所以可以根据吸收极限
43、的移动方向来判断是发生光漂白还是光黑化2427。123硫系玻璃的应用硫系玻璃一直是非氧化物玻璃领域中的研究重点。由于硫系玻璃在很宽的波段中（0520M）拥有优秀的红外透过性，而且具有良好的化学稳定性、力学性，制备简单易于成形等优点，因而在热成像、远距离传感、军用以及航天等领域有着广泛的应用。下面就介绍一些应用。1能量传输硫系玻璃的其中一个应用是用于能量的传输。例如激光，激光工业焊接和微型手术领域中应用广泛，然而在过去，波长54M的CO激光和波长106M的CO2激光在外科手术中的传递主要靠一些庞大的机械关节来完成，而如今可以利用实心硫系光线来代替。2化学传感由于大多数分子在红外区域内振动，不同物
44、质具有不同的代表性光谱，而硫系玻璃不但具有较宽的红外透过范围，而且还拥有强的傅立叶红外分光本领，所以就可以根据物体的基础振动的模式，通过远距离的探测就可以获得液体或气体的含量。3热成像以夜视系统为例，在室温下一般物体和人的辐射波长在812M左右，而硒碲玻璃透过范围就非常适合这一区域的热成像。4信息的存储和读取由于硫系玻璃存在光诱导相变现象，所以它的在信息的存储和读取方面也有不错的应20用前景。聚焦的激光通过诱导相变来写入信息，而信息的读取是通过鉴别无定形相和晶相的反射光的差别来完成的，TE基硫系玻璃很有可能成为这方面的最加材料。124碲基硫系玻璃的发展碲基硫系玻璃的虽然拥有最长的红外透过波长，
45、但其转化温度低、抗热稳定性差和机械强度低等缺陷的存在，长期以来限制了TE基硫系玻璃的发展。碲基硫系玻璃的发展主要经历了三个阶段。首先，在19601985年间，以TEX（X为I、BR、CL等）和TESE为基础的传统TE基硫系玻璃出现，虽然早在1960年FLASCHEN1等人成功制成硫卤玻璃后，关于TE基硫系玻璃的报道有很多，但是都没有引起人们的重视，此期间为第一阶段。第二阶段是从1985年2001年，在此阶段传统的TE基硫系玻璃得以发展。1985年章向华和LUCAS38发现纯碲卤系玻璃（该类硫系玻璃是TE与卤素CL、BR、I等形成的二维结构的玻璃）在814M的大气窗口范围内光损耗低，可用于106
46、M波段的传输，于是引人们开始对碲卤和硫卤玻璃重视起来，但是该类硫系玻璃的机械强度很低，转变温度TG也低050。在此后人们通过引入S或SE形成了具有良好的抗晶化和耐侵蚀的透红外材料，引入S的硫系玻璃的红外透过波长为110M，引入SE的硫系玻璃的红外透过波长为114M，但是这类玻璃的转变温度TG仍然较低，一般在5080之间，因此限制了它们的广泛应用。第三阶段从2001年以后，高性能TE基硫系玻璃的广泛研究。随着宇宙探测新计划的兴起，因此越来越需要开发完全依赖于TE的新型硫系玻璃材料，远红外应用的TE基硫系玻璃再次成为硫系玻璃研究的热点40。在2002年，美国海军实验室的DAGGARWAL39报道了
47、TE基硫系玻璃应用于红外化学传感的潜在可能性，在2006年，JACUESLUCAS、章向华课题组的SYLVAINDANTO41报道了在GETE4玻璃的基础上引入GA，使TE和GA形成TEGA键，该GAGETE玻璃系统可以实现221M透光性，但是该这类玻璃在1520M区域存在较强的GATE吸收峰，从而影响了红外硫系玻璃光纤的实际传光率，除此之外，这种玻璃中拥有较多的玻璃缺陷，虽然它拥有较高的TTXTG，但在温度在稍高于转变温度TG时，玻璃中的TE纳米颗粒就会发生定向的晶化现象，这样就会大大的影响光波的传输特性，在波导、光纤等具有较长传输距离的情况下更为严重。随后，在2007年PLUCAS43在A
48、DVANCEDMATERIALS上报道了基于GETEI的硫系玻璃，此玻璃结构利用了高电负性原子碘来捕获自由电子，从而增加了TE基硫系玻璃的抗析晶性，T也提高至124C，硫系玻璃样品基本可以实现220M的透过性，由于GE20TE73I7玻璃的TG仅150C，导致机械性能还是偏低，而且原料碘的挥发问题没有得到根本解决。高性能的TE基硫系玻璃仍处于不断研究中。2113硫系玻璃除氧及除氧剂的研究现状虽然硫系玻璃作为无机玻璃材料家族中的一员，早在五十年代就被作为透红外材料使用。在以后越来越多的应用与各个领域。然而高性能的透红外硫系玻璃材料的开发和应用长期以来在很大的程度上受杂质对透过性能影响的制约。杂质
49、氧被认为是整个中红外区影响硫系玻璃光学性能的最主要原因。国内外不少机构对杂质氧的消除做了许多研究。北京有色金属研究总院的杨海等人发表了含氧硫系玻璃中氧吸收的消除，里面写道添加AL对除氧效果研究。里面对三中不同工艺制作的GESESB玻璃样品进行研究，样品1是没有做任何处理，样品2在制作前进行预处理，样品3在预处理的情况下添加0001高纯铝。对样品透过性能测试的结果表明，添加AL的样品透过性能大为改善，对此结果，认为铝为活泼元素，极易与氧结合生成ALO键，而没有氧与SE、GE等元素结合，达到除氧效果28。宁波大学信息科学与工程学院的戴世勋等人发表了GESESB硫系玻璃中杂质消除研究，里面设计了五种工艺方案。对样品性能测试得出得出在原料中添加MG条能消除原料中残存的部分水杂质，采用整体蒸馏并添加MG条能有效的消除玻璃中的大多数杂质29。美国阿尔弗雷德大学陶瓷学院的研究者们报道了一种GESBASSETE系统硫系玻璃的纯化制备工艺，即将热处理、蒸馏、添加除氧剂和熔制结合一体的方法。其中添加的除氧剂是100PPMWT的MG3031。还有中国科学院上海光学精密机械研究所、中科院西安光学精密机械研究
