شیشه های کالکوژناید

شیشه های کالکوژناید

شیشه های کالکوژناید

شیشه ی کالکوژناید شیشه ای است که حاوی یک یا چند عنصر کالکوژناید (غیر از اکسیژن) است. عناصر کالکوژن عناصر گروه 16 جدول تناوبی شامل اکسیژن، گوگرد، سلنیم، تلوریوم و پلونیوم می باشند. واژه ی کالکوژناید بر گرفته از واژه ی یونانی "chalcos" به معنی سنگ معدن و "gen" به معنی سازنده است و در مجموع کالکوژناید به معنی سازنده ی سنگ معدن می باشد. شیشه های ساخته شده از سه عنصر گوگرد، سلنیم و تلوریوم دارای پیوند کووالانسی بوده و جزو جامدهای شبکه ای دسته بندی می شوند، به این معنی که تمام زمینه ی شیشه مانند یک مولکول بسیار بزرگ عمل کرده و مولکول منحصر به فردی وجود ندارد. پولونیوم از لحاظ شیمیایی جزو عناصر کالکوژناید است اما به دلیل رادیواکتیویته ی بالا برای ساخت شیشه استفاده نمی شود. همچنین اکسیژن نیز در گروه 16 قرار دارد، اما جزو کالکوژن ها محسوب نمی شود، مواد اکسیدی قدیمی ترین سیستم های شیشه ساز شناخته شده هستند، ولی نمی توان آن ها را جزو ترکیبات کالکوژنایدی که به تازگی کشف شده اند محسوب کرد، چرا که مواد اکسیدی رفتار متفاوتی با سایر کالکوژنایدها دارند، مخصوصا توزیع باندگپ اکسیدی ها متفاوت بوده و خواص اپتیکی و الکتریکی مشابهی ندارند. 
کالکوژنایدها می توانند به طور طبیعی به صورت معدنی وجود داشته باشند. دو نوع معروف ان ها FeS2(پیریت) و AuTe2(کالاوریت) می باشد. شیشه های کالکوژناید قدیمی (اغلب بر پایه ی گوگرد مثل As-S و Ge-S) شیشه سازهای قوی هستند. با افزایش درصد مولی عناصر تشکیل دهنده توانایی شیشه سازی کاهش می یابد (S>Se>Te).
در سیستم های سه تایی دو عنصر از کالکوژنایدها با یک عنصر از گروه 14 جدول پیوند برقرار می کند. در نوع دیگری از کالکوژنهای شیشه ساز، 3 عنصر کالکوژن با 2 عنصر از گروه 15 پیوند برقرار می کند. پایدارترین حالت دوتایی شیشه های کالکوژناید در ترکیب یک کالکوژن و یک عنصر از گروه 14 یا 15 است. این ترکیب باعث ایجاد محدوده ی وسیعی از نسبت های اتمی می شود. شیشه های سه تایی تنوع بیشتری از اتم ها را برای تشکیل ساختار شیشه ای ایجاد می کنند. 
کالکوژنایدها همچنین می توانند در محدوده ی وسیعی از ترکیب شیمیایی، نه تنها فقط به حالت شیشه ای بلکه به صورت غیر شیشه ای نیز وجود داشته باشند و هنگام ترکیب با مواد دیگر شیشه ای شوند. به عنوان نمونه شیشه های بر پایه ی گالیم-سولفاید جزو این دسته هستند. گالیم-سولفاید به تنهایی شیشه ساز نیست اما با سولفایدهای سدیم و لانتانیم پیوند برقرار کرده و شیشه ی گالیم-لانتانیم-سولفاید (GLS) را تشکیل می دهد. 

تهیه شیشه کالکوژناید

1. شیشه ی بالک

بچ شیشه ی کالکوژناید می تواند فشار بخار بالایی از خود نشان دهد و مذاب ان ویسکوزیته ی بالایی از خود نشان می دهد و مستعد اکسیداسیون و هیدرولیز است. به دلیل این مشکلات عملیات ذوب داخل یک آمپول کوارتزی و تحت خلا انجام می شود. خالص سازی بچ مواد اولیه باید قبل از ریختن داخل آمپول انجام شود و این عمل برای کاهش هیدریدها و هیدروکسیدها و اکسیدها که باعث عدم خلوص شیشه ی نهایی می شوند ضروری است. بدنه ی کوارتزی باید هیدروکسید کمی داشته باشد. معمولا این بدنه داخل اسید هیدروفلوریک اچ می شود تا عیوب سطحی آن حذف شود، بعد آن را شسته و خشک می کنند و قبل از ریختن بچ تا دمای 500 درجه سانتی گراد گرم کرده و تا فشار کمتر از 3-^10 خلا داخل آن ایجاد می کنند. بچ به صورت مستقیم با تقطیر در داخل آمپول در اتمسفر خنثی تخلیص می شود. سپس آمپول درزگیری شده و در داخل کوره قرار داده می شود و دما به تدریج تا دمای ذوب بالا می رود. مذاب در داخل کوره سرد و سپس آنیل می شود. سرد کردن سریع شیشه های ناپایدار می تواند در هوا یا غوطه ورسازی امپول کوارتز در اب سرد یا حتی نیتروژن مایع انجام گیرد. بچ هایی که شامل موادی نظیر Si ,Al و La2S3 هستند در دماهای بالا کوارتز را مورد حمله ی شیمایی قرار می دهند. برای مذاب حاوی La2S3، امپول کوارتزی باید توسط لایه ای از کربن پوشش داده شود.


2. فیبرهای نوری

کشیدن شیشه معمول ترین روش ساخت فیبرهای شیشه ای کالکوژنایدی است. روش دیگر ساخت این فیبرها رسوب دهی شیمیایی فاز بخار (CVD) است. برای مثال برای ساخت فیبرهای As-S و Se-Te از روش کشیدن مستقیم مذاب استفاده می شود.


3. فیلم نازک 
ساده ترین روش ساخت فیلم نازک تبخیر حرارتی است. در این روش ماده ی اولیه که به صورت مذاب شیشه ی کالکوژناید است، تا دمای تبخیر توسط حرارت دهی یا بمباردمان الکترونی حرارت داده می شود سپس روی یک زیرلایه جمع می شود. مشکل این روش این است که تبخیر اغلب به صورت غیر متجانس رخ داده و باعث تشکیل فیلم غیرهمگن می شود. دمای زیرماده تاثیر مهمی در ساختار ماده ی تشکیل شده دارد. آهنگ رسوب دهی نسبتا سریع و در حدود 1-0.1 (1-^μm) است. رسوب دهی از بخار ساختار را تحت تاثیر قرار داده و به طور کلی خواص نمونه های رسوب داده شده از فاز بخار نسبت به نمونه های مشابه ساخته شده از مذاب و به صورت بالک مطلوب تر است. 
/ 0 نظر / 132 بازدید