ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 КТР - перспективный материал для оптики и электрохимии 6
1.1.1 Общие сведения о структуре кристаллов типа КТР 6
1.1.2 Основные способы выращивания кристаллов КТР 8
1.1.3 Свойства кристаллов КТР 11
1.2 Количественное определение трудноионизуемых элементов в кристаллических материалах 13
1.2.1 Общие сведения об элементах с высокой энергией ионизации 13
1.2.2 Метод лазерной искровой эмиссионной спектроскопии (LIBS) 15
1.2.3 Метод у-спектрометрии 16
1.2.4 Рентгеновские методы 17
1.3 GDMS как перспективный метод анализа трудноионизуемых элементов 18
1.3.1 Общая теория процессов, происходящих в тлеющем разряде 18
1.3.2 Анализ непроводящих материалов 20
1.3.3 Проблема интерференции 22
1.3.4 Метод относительных чувствительностей RSF 23
ГЛАВА 2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 25
2.1 Получение образцов кристаллов 25
2.2 Определение элементного состава кристаллов 25
2.2.1. Приборы и оборудование 26
2.2.2 Подготовка образцов 28
2.2.3 Градуировка 29
2.2.4 Валидация 30
2.2.5 Измерение электрохимических свойств кристаллов 31
2.2.6 Статистическая обработка данных 31
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 32
3.1 Эффективное распыление кристаллов КТР в плазме тлеющего разряда 32
3.2 Анализ трудноионизуемых элементов методом GDMS 32
3.3 Проблема интерференций фтора в плазме разрядных газов 34
3.4 Оптимизация параметров определения элементов кристаллов КТР 36
3.5 Метод относительных чувствительностей, построение градуировочных зависимостей 38
3.6 Расчет пределов обнаружения 41
3.7 Количественный анализ образцов кристаллов КТР 42
3.8 Апробация рассмотренного аналитического подхода к определению трудноионизуемых элементов 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
БЛАГОДАРНОСТИ 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 51
Развитие современной науки и промышленности требует создания новых материалов, обладающих необходимыми для выполнения конкретных задач свойствами. Поиск и разработка таких материалов часто представляет собой довольно нетривиальную задачу для исследователей. Так, например, в последнее время растет интерес к материалам с высокими нелинейно-оптическими характеристиками, находящих широкое применение в лазерной индустрии и других областях промышленности. Свойства нелинейно-оптических материалов напрямую зависят от нестехиометрии, возникающей в процессе выращивания и в свою очередь определяющейся условиями выращивания, а также от концентрации и свойств вводимых легирующих добавок. В данной работе проводилось исследование такого нелинейно-оптического материала, как кристалл титанил-фосфат калия (далее КТР), находящего свое применение в качестве удвоителей частоты излучения твердотельных Nd3+:YAG лазеров. Легирование кристаллов КТР фтор-содержащими легирующими добавками позволяет значительно улучшить его лучевую прочность, что повышает их эффективность в лазерной промышленности. Кристаллы подобного со става требуют высокой чистоты, в связи с чем необходимо наличие метода элементного контроля такого материала, особое внимание уделяя таким элементам как кислород и фтор, напрямую влияющим на стехиометрию кристалла. Их количественное определение, особенно определение одновременно с другими компонентами кристалла, представляет сложность для большинства аналитических методов.
В связи с этим, целью данной работы является разработка аналитического подхода к прямому одновременному количественному определению содержания фтора и кислорода вместе с остальными элементами матрицы в диэлектрических нелинейно-оптических кристаллах КТР.
Для достижения данной цели, были поставлены следующие задачи:
1) Разработка общего методического подхода к эффективной ионизации трудноионизуемых элементов методом масс-спектрометрии тлеющего разряда.
2) Разработка аналитического подхода для количественного анализа определения фтора и кислорода вместе с матричными элементам кристаллов КТР.
3) Оптимизация параметров определения O и F в КТР в плазме различных разрядных газов - аргона и неона и их сравнения.
4) Использование полученных оптимальных параметров для количественного элементного анализа кристаллов КТР, чистых и легированных KF.
5) Апробация рассмотренного аналитического подхода проводилась на примере исследования влияния неоднородностей состава в кристаллах КТР на их электрохимические и оптические свойства.
В работе был разработан аналитический подход к прямому количественному определению содержания фтора и кислорода вместе с матричными элементами в диэлектрических нелинейно-оптических кристаллах КТР с использованием времяпролетный масс-спектрометрии с импульсным тлеющим разрядом. Для этого были решены следующие задачи.
1) Получены образцы кристаллов КТР необходимого состава модифицированным методом Чохральского.
2) Разработан подход для прямого одновременного количественного определения содержания фтора и кислорода вместе с матричными элементами в диэлектриче ских нелинейно-оптических кристаллах КТР с использованием времяпролетной масс-спектрометрии с импульсным тлеющим разрядом.
3) Рассмотрены механизмы ионизации в условиях использования разных разрядных газов.
4) Найдены оптимальные параметры определения трудноионизуемых элементов в тандеме с элементами матрицы кристаллов КТР.
5) Была проведена оценка аналитических характеристик времяпролетной масс- спектрометрии с неоновым тлеющим разрядом для количественного определения элементов с высокой энергией ионизации в диэлектриче ских кристаллических материалах.
6) Показано, что использование неона в качестве разрядного газа значительно уменьшило пределы обнаружения трудноионизуемых элементов. Использование неона в качестве разрядного газа значительно уменьшило пределы обнаружения трудноионизуемых элементов . Пределы обнаружения в неоновом разряде составили 0.0002 масс% для фтора и 0.0005 масс% для кислорода в сравнении с 0.01 масс % и 0.001 масс % для этих элементов в аргоновой плазме соответственно. Чувствительности остальных элементов кристалла (K, P) оказались хуже в сравнении с аргоновой плазмой, но достаточными для контроля стехиометрии.
7) Разработанный аналитический подход был апробирован на примере исследования влияния нестехиометрии в образцах кристаллов КТР, чистых и легированных KF.
