【摘 要】
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随着光学技术的不断发展,要求光学元件具有高的折射率（nd≥2.1）、高的透过率（在紫外到可见光范围内大于70%）、小型化和多功能化。传统氧化物非晶含有SiO2、B2O3、P2O5等网络形成体,直接影响玻璃的折射率等光学性能,此外,加入Pb、Bi、Sb或Te等重金属元素时,会明显降低所制备透明材料在可见光部分的透过率,限制材料的发展与应用。由于不含网络形成体和重金属元素的非晶态材料对制备技术有极高的
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随着光学技术的不断发展,要求光学元件具有高的折射率（nd≥2.1）、高的透过率（在紫外到可见光范围内大于70%）、小型化和多功能化。传统氧化物非晶含有SiO2、B2O3、P2O5等网络形成体,直接影响玻璃的折射率等光学性能,此外,加入Pb、Bi、Sb或Te等重金属元素时,会明显降低所制备透明材料在可见光部分的透过率,限制材料的发展与应用。由于不含网络形成体和重金属元素的非晶态材料对制备技术有极高的要求,传统的非晶制备技术无法满足,因此迫切需要采用新兴的非晶制备技术研发出新的非晶态材料体系。针对上述问题,本文以制备LaMO3（M=Ga、Al）非晶态材料为研究目标,采用新兴的气动悬浮无容器制备技术,合成了（1-x）LaGaO3-xTiO2、（1-x）LaGaO3-xNb2O5 和（1-x）LaAlO3-xNb2O5 二组元系列非晶,以及0.3LaGaO3-（0.7-x）TiO2-xNb2O5三组元系列非晶。利用气动激光悬浮炉,探究合成材料的非晶态形成范围。利用差式扫描热分析仪（DTA）,测量非晶态样品的玻璃转变温度（tg）以及结晶初始温度（tx）。利用椭偏仪,测量非晶样品的折射率。利用紫外-可见分光光度计和傅里叶红外光谱仪,探究非晶样品在紫外-可见光波段和近红外波段的透过率。利用射频阻抗分析仪,测量非晶态样品的介电常数及介电损耗。探究合成材料的非晶形成能力、光学性能、电学性能及相互作用。（1）以具有较高折射能量系数的TiO2和具有较强非晶态形成能力的LaGaO3为原料,采用气动悬浮无容器制备技术合成了（1-x）LaGaO3-xTiO2系列非晶。实验研究表明,在x=0和0.625≤x≤0.74的范围内可以获得直径约2～4 mm的透明非晶球。在x=0.625时最大△t约82℃。折射率的高低可以通过调节TiO2的摩尔百分含量来改变。在x=0.74时587.6 nm的折射率最高,最高折射率为2.49。制备出的非晶态材料在可见光范围内透过率超过70%。样品具有10-11～10-12 A/cm2的低漏电流。随着TiO2摩尔百分含量的增加,介电常数呈现出一定的上升趋势,介电损耗呈现出一定的下降趋势。（2）为了拓宽非晶的形成范围,以具有较高折射能量系数的Nb2O5与LaGaO3为原料,制备非晶态形成范围更宽的（1-x）LaGaO3-xNb2O5体系高折射率非晶。结果显示,所制备的（1-x）LaGaO3-xNb2O5体系的非晶形成区域很宽,在0≤x≤0.675的范围内可获得直径约2～4 mm的透明非晶球。在x=0.6时具有最大的△t,约108℃。随着Nb2O5摩尔百分含量的增加,折射率逐渐增大,在x=0.675时587.6 nm的折射率最高,最高折射率为2.45。此系列非晶在可见光范围内透过率超过70%。随着Nb2O5摩尔百分含量的增加,非晶样品的禁带宽度Eopt呈现线性降低的趋势,非晶样品的密度逐渐降低,介电常数逐渐增大,介电损耗逐渐减小。（3）为了进一步减少制备高折射率非晶的原料成本,本论文将LaGaO3原料中较昂贵的Ga替换为价格相对低廉的Al,LaAlO3与LaGaO3同属钙钛矿体系,并具有较强的非晶形成能力,以LaAlO3和Nb2O5为原料,制备了（1-x）LaAlO3-xNb2O5体系非晶。研究表明,在0≤x≤0.2和0.6≤x≤0.7的范围内可以得到直径约2～4 mm的透明非晶球。在x=0.65时对应最大△t约75℃,在x=0.7时587.6 nm的折射率最高,最高折射率为2.26,所制备非晶态样品在可见光波段透过率超过70%。随着Nb2O5摩尔百分含量的增加,非晶样品的介电常数呈现出一定的上升趋势,介电损耗呈现出一定的下降趋势。（4）为了进一步获得高的折射率nd≥2.2和拓宽非晶的形成范围,以TiO2、Nb2O5 与 LaGaO3 为原料,制备了 0.3LaGaO3-（0.7-x）TiO2-xNb2O5 系列非晶。结果显示,所制备的0.3LaGaO3-（0.7-x）TiO2-xNb2O5体系的非晶形成区域很宽,在0≤x≤0.65的范围内可以得到直径约2～4mm的透明非晶球。在x=0.65时最大△t约75℃,在x=0.7时587.6 nm的折射率最高,最高折射率为2.26。所有非晶样品在可见光波段的透过率均超过70%。在保持TiO2和Nb2O5总的摩尔百分含量不变的情况下,介电常数和介电损耗没有明显变化。
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