光學(xué)材料制備方法

化學(xué)法在新型無機(jī)材料中的應(yīng)用

—光學(xué)材料光學(xué)材料概述光學(xué)材料是傳輸光線的材料，這些材料以折射、反射和透射的方式，改變光線的方向、強(qiáng)度和位相，使光線按預(yù)定要求和路徑傳輸，也可吸收或透過一定波長范圍的光線而改變光線的光譜成分。與有機(jī)光學(xué)材料相比，無機(jī)光學(xué)材料則有高硬度、高模量和高溫使用極限高等優(yōu)點，但不易加工成型。因而如果新型光學(xué)材料的開發(fā)僅單方面局限于有機(jī)材料或無機(jī)材料，則難以克服其存在的缺點來完全滿足光電子領(lǐng)域的要求。sol-gel法sol-gel過程指無機(jī)凝膠前體（主要是金屬醇鹽）的水解及水解產(chǎn)物繼而縮聚形成無機(jī)氧化物的濕化學(xué)過程，包括體系混合過程、凝膠化過程、陳化過程及干燥過程。隨著納米科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，sol-gel法在制備有機(jī)和無機(jī)納米復(fù)合材料方面引起了人們的極大興趣，因為這種方法不僅可望通過溶液“分子級”水平的混合制備兼具有機(jī)、無機(jī)優(yōu)異性能的復(fù)合材料，而且還可以在低溫下制備出塊狀、薄膜、纖維、超細(xì)粉和微孔材料，這些特點使得sol-gel技術(shù)在光學(xué)材料的制備方面顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢，是目前開發(fā)新型多功能光學(xué)材料的有效途徑。sol-gel制備有機(jī)、無機(jī)光學(xué)復(fù)合材料即將無機(jī)前體溶液、有機(jī)組分（小分子、低聚物或高聚物）與水混合，調(diào)節(jié)一定的溫度，在酸性或堿性條件下水解縮聚形成溶膠，隨時間的增長溶膠逐漸轉(zhuǎn)化為凝膠，然后陳化一段時間，進(jìn)一步交聯(lián)，增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度，避免凝膠在干燥時破裂，最后干燥除去溶劑及生成的水、醇。工藝過程溶膠-凝膠的基本過程應(yīng)用光致變色材料光致變色材料是一種通過吸收光子能量，變色分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生可逆光誘導(dǎo)變色的材料。光致變色材料主要應(yīng)用于光學(xué)開關(guān)、光能轉(zhuǎn)換膜及護(hù)眼鏡片等。將光致變色染料接枝到無機(jī)骨架上，可以避免染料的凝聚，有利于提高染料的含量、增加發(fā)色強(qiáng)度。但染料分子與基體之間的作用力增大，使染料分子運動能力和褪色速率降低，需通過調(diào)節(jié)染料分子與基體之間的空間距離，達(dá)到調(diào)節(jié)光致變色反應(yīng)速率的目的。光化學(xué)傳感材料光化學(xué)傳感材料主要是利用材料中的有機(jī)分子與被測分子接觸時發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，檢測光信號也隨之改變以實現(xiàn)檢測的目的。一般要求傳感分子的響應(yīng)時間短、有機(jī)傳感分子的結(jié)構(gòu)變化可逆、壽命長，并具有較好的耐化學(xué)品性能。用作化學(xué)傳感材料的溶膠-凝膠基體中包埋有有機(jī)傳感分子，待測的小分子擴(kuò)散進(jìn)入硅膠基體中與有機(jī)傳感分子反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)光信息轉(zhuǎn)化后輸至檢測器。稀土發(fā)光材料近年來，稀土離子絡(luò)合物因其發(fā)射光量子收率高，衰退時間長和發(fā)射譜段窄等特點而用作生物標(biāo)簽。稀土離子摻雜玻璃器件具有廣泛用途：如0價稀土離子sol-gel摻雜玻璃，有希望用于激光材料和傳輸過程中的放大器。在制備稀土熒光材料時溶膠-凝膠基體成為極具潛在使用價值的載體材料。由于室溫下溶膠-凝膠法制備的基體中含有大量的羥基，對稀土離子如Nd3+的光發(fā)射有猝滅作用，應(yīng)設(shè)法降低基體中的羥基含量或?qū)⑾⊥岭x子進(jìn)行保護(hù)。CVD法制備光纖材料低損耗的單模和多模石英光纖大多采用“預(yù)制棒拉絲工藝”，光纖預(yù)制棒工藝是光纖光纜制造中最重要的環(huán)節(jié)。目前，用于制備光纖預(yù)制棒的方法主要采用以下四種方法：外部氣相沉積法（OVD）；氣相軸向沉積法（VAD）；等離子體化學(xué)氣相沉積法（PCVD）；改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法（MCVD）。光纖

石英光纖的制備過程原料制備原料提純制棒拉絲涂敷篩選合格光纖純度分析質(zhì)量控制性能測量OVD法

又為“管外氣相氧化法”或“粉塵法”，其原料在氫氧焰中水解生成SiO2微粉，然后經(jīng)噴燈噴出，沉積在由石英石墨制成的基棒外表面，經(jīng)過多次沉積，去掉母棒，再將中空的預(yù)制棒在高溫下脫水，燒結(jié)成透明的實心玻璃棒，即為光纖預(yù)制棒。OVD法示意圖VAD法

日本1977年開發(fā)出來的，其工作原理與OVD相同，不同之處在于它不是在母棒的外表面沉積，而是在其端部（軸向）沉積。VAD的重要特點是可以連續(xù)生產(chǎn)，適合制造大型預(yù)制棒，從而可以拉制較長的連續(xù)光纖。MCVD法

采用的SiCl4、GeCl4等液態(tài)原材料在高溫下發(fā)生氧化反

應(yīng)生成SiO2、B2O3、GeO2、P2O5微粉，沉積在石英反應(yīng)管的內(nèi)壁上。在沉積過程中需要精密地控制摻雜劑的流量，從而獲得所設(shè)計的折射率分布。MCVD法示意圖PCVD法

它與MCVD的工作原理基本相同，只是不用氫氧焰進(jìn)行管外加熱，而是改用微波腔體產(chǎn)生的等離子體加熱。PCVD工藝的沉積溫度低于MCVD工藝的沉積溫度，因此反應(yīng)管不易變形；微波加熱腔體可以沿著反應(yīng)管軸向作快速往復(fù)移動，目前的移動速度在8m/min，這允許在管內(nèi)沉積數(shù)千個薄層，從而使每層的沉積厚度減小，因此折射率分布的控制更為精確，可以獲得更寬的帶寬。而