光學(xué)材料制備方法

化學(xué)法在新型無(wú)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(guò)一定波長(zhǎng)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(wú)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(diǎn)，但不易加工成型。因而如果新型光學(xué)材料的開(kāi)發(fā)僅單方面局限于有機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料，則難以克服其存在的缺點(diǎn)來(lái)完全滿足光電子領(lǐng)域的要求。sol-gel法sol-gel過(guò)程指無(wú)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(wú)機(jī)氧化物的濕化學(xué)過(guò)程，包括體系混合過(guò)程、凝膠化過(guò)程、陳化過(guò)程及干燥過(guò)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(wú)機(jī)納米復(fù)合材料方面引起了人們的極大興趣，因?yàn)檫@種方法不僅可望通過(guò)溶液“分子級(jí)”水平的混合制備兼具有機(jī)、無(wú)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(diǎn)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(shì)，是目前開(kāi)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(wú)機(jī)光學(xué)復(fù)合材料即將無(wú)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(shí)間的增長(zhǎng)溶膠逐漸轉(zhuǎn)化為凝膠，然后陳化一段時(shí)間，進(jìn)一步交聯(lián)，增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度，避免凝膠在干燥時(shí)破裂，最后干燥除去溶劑及生成的水、醇。工藝過(guò)程溶膠-凝膠的基本過(guò)程應(yīng)用光致變色材料光致變色材料是一種通過(guò)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(kāi)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(wú)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(yùn)動(dòng)能力和褪色速率降低，需通過(guò)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(cè)分子接觸時(shí)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，檢測(cè)光信號(hào)也隨之改變以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的目的。一般要求傳感分子的響應(yīng)時(shí)間短、有機(jī)傳感分子的結(jié)構(gòu)變化可逆、壽命長(zhǎng)，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(cè)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(cè)器。稀土發(fā)光材料近年來(lái)，稀土離子絡(luò)合物因其發(fā)射光量子收率高，衰退時(shí)間長(zhǎng)和發(fā)射譜段窄等特點(diǎn)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(jià)稀土離子sol-gel摻雜玻璃，有希望用于激光材料和傳輸過(guò)程中的放大器。在制備稀土熒光材料時(shí)溶膠-凝膠基體成為極具潛在使用價(jià)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(duì)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(guò)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(cè)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(guò)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(shí)心玻璃棒，即為光纖預(yù)制棒。OVD法示意圖VAD法

日本1977年開(kāi)發(fā)出來(lái)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(diǎn)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(zhǎng)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(guò)程中需要精密地控制摻雜劑的流量，從而獲得所設(shè)計(jì)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(dòng)，目前的移動(dòng)速度在8m/min，這允許在管內(nèi)沉積數(shù)千個(gè)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