Экспериментальные схемы и образцы для исследований

Абсорбционный спектральный анализ, основанный на исследованииспектрального состава излучения, прошедшего через анализируемую среду, обладает целым рядом преимуществ — он неконтактен, безопасен для обслуживающего персонала, при применении проточных кювет может быть использован в режиме автоматизированного контроля процессов поглощения в реальном масштабе времени (в режиме «on-line»).

Измерительный автоматизированных спектральных информационно измерительных систем базируется на измерении спектрального распределения потока излучения, прошедшего через среду, и представлении этого распределения в удобном для анализа виде. Рассмотрим основные положения абсорбционного спектрального анализа.

Абсорбционная спектроскопия основана на законе [4] Ламберта-Бера-Бу-гера, согласно которому интенсивность монохроматического излучения I_?? прошедшего через среду с толщиной слоя d и концентрацией C, определя-ется соотношением.

(2).

где I_0? — интенсивность падающего монохроматического излучения; -спектральный коэффициент экстинкции (ослабления). Если толщина слоя d выражена в сантиметрах, а концентрация в молях на литр, то называют молярным коэффициентом экстинкции с единицей измерения литр на моль-сантиметр.

В ходе исследований обычно измеряется спектральный коэффициент пропускания среды.

(3).

и рассчитывается спектральный показатель поглощения.

(4).

Коэффициент k, определяемый как удельный показатель поглощения (поглощение на единицу длины), в литературе иногда называют натуральным показателем поглощения. В практике абсорбционного анализа для оценки поглощения часто используют безразмерный параметр, называемый оптической плотностью, определяемый как.

. (5).

Очевидно, что D = 0.4343k .

Исследование спектрального состава излучения позволяет определить:

• — атомное, молекулярное, кристаллическое строение различных веществ, их оптические свойства;
• — структуру полимеров, их изотропические и изомерные модификации, а

также структуру промежуточных образований, таких, как химические ради-калы и молекулярные ассоциации;

— химический состав неизвестной пробы по наличию определенных спектральных линий (или групп линий) и их интенсивности.

В нашем университете производится метод вытягивания монокристаллов ниобата лития, в котором применен специальный формирователь температурного поля и подпитка расплава, обеспечивающие поддержание продольной и поперечной стехиометрии слитка. Метод реализован путем оснащения установки вытягивания монокристаллов по Чохральскому весовыми датчиками, шаговыми двигателями, электронным PID контроллером прецизионного регулирования параметрами процесса, совместимым с ЭВМ IBM PC, в совокупности составляющими полностью автоматизированную промышленную систему управления процессом вытягивания монокристаллов.

Рисунок 13? Схема установки для выращивания кристаллов методом двойного капиллярного тигля (жидкостная подпитка) Исследованные образцы были получены методом Чохральского с жидкостной подпиткой, которая является модернизацией стандартного. Отличие заключается в том, что возможно получение различных примесных центров и распределенных основных компонентов матрицы.

В данном опыте исследованы образцы кристаллов с постоянной концентрацией иттербия. Второй образец исследования — полученный данным методом кристалл LiNbO3;Er;Yb.

Рисунок 14? Схема выращивания кристалла методом двойного капиллярного тигля При получении активированных кристаллов в расплав с сохранением соотношения основных оксидов лития и ниобия добавляли оксиды хрома, а также магния (данная добавка по массе незначительная и разовая, и не может приводить к сколь существенному колебанию уровней расплава в системе тиглей и изменению отношения R в них). Для поддержания концентрации хрома на постоянном уровне 0,05 ат.% учитывался его коэффициент вхождения в кристалл, при этом, во внутренний тигель хрома вводили в 1,8 раза меньше 0,028 ат. %, а во внешний тигель хром вводили в количестве 0,05 ат.%. Вид расплава в тигле и тигле-реакторе перед ростом приведен на рисунке 15. Монокристаллы вытягивали на затравку, ориентированную вдоль оси С, диаметр кристалла составлял 2.5 см, скорость вытягивания 0.1 см/час, скорость вращения кристалла 15 об./мин. Примесь магния вводили только во внутренний тигель в количестве 3 ат. %. Полученный таким способом монокристалл с магнием характеризовался сменой окраски с красной на зеленую (рисунок 16). На рисунке 16 затравка расположена в левой части кристалла. После распиловки выращенного кристалла вдоль оси С из центральной части монокристалла была изготовлена и отполирована пластина толщиной 2 мм и шириной около 2,5 (см. рисунок 17).

Рисунок 15 — Ростовой узел после наплавления стартовых составов околостехиометрического ниобата лития.

[Введите текст].

Обращает на себя внимание, что смена окраски вдоль кристалла в его центральной части происходит с довольно резкой границей раздела цветов, которая имеет кривизну в сторону расплава. Кроме того, красная окраска радиально неоднородная — вблизи поверхности кристалла имеет более глубокий оттенок. В зеленой области вблизи боковой поверхности кристалла наблюдаются «хвосты» красной окраски, исходящие из областей более интенсивно окрашенных и протяженные до 1,0 см в зеленую область вдоль направления вытягивания (на рисунках 23 и 24 начальная часть кристалла расположена слева). Следует заключить, что перемешивание расплава сильно затруднено в области боковой поверхности мениска. Поскольку коэффициент вхождения хрома больше 1, магния — сравним с единицей, а лития — много меньше единицы, то можно предположить, что в периферийной области мениска скапливается избыточный литий и количество дефектов, связанных с литиевыми вакансиями значительно меньше.

[Введите текст].

Рисунок 17 — Пластинка кристалла околостехиометрического LiNbO3 с концентрационным профилем магния и постоянной концентрацией хрома

Так же был выращен монокристалл околостехиометрического ниобата лития с рекордной концентрацией магния и постоянной концентрацией хрома 5*10²⁰см^-3, его внешний вид показан на рисунке 18.

Рисунок 18 — Пластина околостехиометрического кристалла LiNbO3: Cr, Mg.