РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ І ТЕОРЕТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ СТРУКТУРНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ СТЕКОЛ
2.1. Синтез стекол та вимоги до зразків для спектральних досліджень
Синтез склоподібних матеріалів системи As-S та GeS2 здійснювався із елементарних компонент чистоти "ОСЧ" В-5 в кварцевих ампулах. Вихідні компоненти зважувались з точністю до 10-7 кг і насипались у відпалені кварцеві ампули, які попередньо оброблялись концентрованою азотною кислотою і промивались дистильованою водою. Наповнені шихтою ампули за допомогою газокисневого пальника прогрівалась до температури 400-450 К для усунення парів води і запаювались під вакуумом порядку 10-4 торр.
Синтез стекол AsxS100-x проводився повільним нагріванням в трубчастій електричній печі до температури 900 ?С та загартовуванням на повітрі до кімнатної температури. Всі зразки відпалювались з метою вилучення залишкових напруг, які виникають в них при закалці.
Для дослідження впливу технологічних умов на структуру і властивості с-GeS2, процес синтезу цих стекол був дещо складнішим. Спочатку ампула з шихтою нагрівалась з швидкістю 250 К/год до температури 800 К і витримувалась в такому стані протягом 5 годин. Це дозволило зменшити тиск парів сірки у ампулах і запобігти їх розриву в процесі синтезу. Потім температура синтезу підвищувалась до 1200 К з швидкістю порядку 100 К/год. Розплав при цій температурі витримувався протягом 10 год, а потім охолоджувався з швидкістю 1.5*102 К/с (охолодження у воді). Отримані зразки були однорідними і не містили включень кристалічної фази. Після такого попереднього синтезу зразок с-GeS2 розділявся на три рівні частини, які знову завантажувались у кварцеві контейнери, відкачувались до 10-4 торр, і запалювались. Кожна з цих трьох ампул згодом нагрівалась з швидкісю 100 К/год до трьох різних температур синтезу Тс (1173, 1273 і 1373 К). При досягненні вказаних температур розплав витримувався на протязі 10 год і охолоджувався з швидкістю 1.5*102 К/с.
При дослідженях КРС стекол в макро-конфігурації важливим є як якість зразків (відсутність мікро-тріщин, включень і т . д.), так і їх геометрія (розміри, вигляд). Зразки для вимірювань вирізались у вигляді пластинок та оброблялись в суміші води і шліфувального порошку М10 і М5. Кінцева поліровка поверхні до дзеркального блиску проводилась на батисті (замші, шовку) за допомогою алмазної пасти, або алмазного порошку М0.5. Кінцеву промивку отриманої пластинки проводили в чотирьоххлористому водні (НCl4). Для дослідження краю власного поглинання використовувались пластинки різної товщини. Для вимірювання "хвоста" частотної залежності краю власного поглинання ?, товщина пластинки повинна складати не менше 1 см. З метою збільшення точності вимірювань, послідуючі області ?(h?) вимірювались з покроковим зменшенням товщини пластинки в 3 рази. При визначенні оптичних констант ХСН із вимірювання пропускання пластинок різної товщини дуже важливо, щоб зразки були достатньо плоско-паралельними і однорідними, а їх відбиваючі здатності якомога ідентичними. Товщина виготовлених зразків визначалась за допомогою мікрометра з точністю порядку 0.01 мм.
2.2. Дослідження краю власного поглинання
Дослідження частотної залежності краю власного поглинання проводилось з допомогою однопроменевого спектрофотометра СФ-46, який призначений для вимірювання коефіцієнтів пропускання рідких, твердих і прозорих речовин в області від 130 до 1110 нм [169]. В основу його роботи покладений принцип вимірювання відношень двох світлових потоків: потоку, який пройшов через досліджуваний зразок, і потоку, який падає на досліджуваний зразок (або який пройшов через контрольний зразок). Структурна схема спектрофотометра СФ-46 показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структурна схема спектрофотометра СФ-46 [169].
Коефіцієнт поглинання розраховувався по виміряним значенням пропускання Т і відбивання R за формулою:
, (2.1)
де d - товщина зразка.
Для більшості ХСН частотну залежність коефіціенту поглинання ? на ділянці В (Рис. 1.9) описаної співвідношенням (1.3), можна виразити як:
ln?=Г(Т) [h?-Eg(Т)], (2.2)
де Eg - ширина псевдощілини.
Ширина псевдощілини стекол (Eg) визначалась на рівні поглинання ?= 5*103 см-1 з кривих ?=f(h?).
2.3. Методика вимірювання спектрів комбінаційного розсіювання світла
З технічної точки зору будь-яка експериментальна установка для дослідження КРС повинна включати принаймні три базові частини: і) джерело світла (збудження розсіювання); іі) спектрометр (обробка сигналу); ііі) детектор (реєстрація сигналу).
В залежності від геометричних розмірів ділянки зразка, де
відбувається збудження сигналу розрізняють мікро- і макро- спектроскопію КРС. Кожна з методик має як свої переваги, так і недоліки. В першому випадку збуджуючий лазерний промінь фокусується в точку на зразку і сигнал КРС детектується саме з цієї області. Використовуючи систему мікро-КРС, обладнану мікроскопом, це дає можливість сканувати поверхню, дефектні області на зразку тощо. Суттєвим недоліком в цьму випадку є труднощі при одержанні НЧ спектрів КРС. В макро-КРС конфігурації збуджуючий промінь проходить весь об'єм зразка. Це дозволяє отримувати досить значну інтенсивність сигналу, але спектр при цьому носить "інтегрований" характер. Крім того, цей метод також дозволяє проводити вимірювання в області частот, яка примикає до лазерної лінії (НЧ-КРС).
В даній роботі використовувались обидві методики вимірювання КРС з використанням різних спектрометрів. В залежності від типу спектрометра, в якості детекторів розсіяного сигналу використовувався або фотопомножувач, або CCD камера (CCD - charge couple device). Для дослідження резонансних ефектів використовувались як окремі лазери, так і лазери на суміші газів, які мають велику кількість інтенсивних ліній в оптичному і примикаючих до нього діапазонах. Крім того, високороздільні спектри КРС вимірювались з використанням спектрометра