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铌酸锂晶体作为电光、压电材料在科学研究和工业生产中有广泛的应用。氢的引入给晶体带来了许多特殊的性质,于是人们利用质子交换等方法有意识的把氢引入到铌酸锂晶体内。本文用氢气氛下紫外光辐照铌酸锂晶体的方法成功地将氢引入晶体内,并且用核磁共振,粉末X射线衍射,红外,紫外等实验方法对其进行了研究。
首先用核磁共振方法对质子交换和紫外光辐照的铌酸锂样品的氢谱进行了比较,发现用这两种不同方法引入铌酸锂晶体内的氢具有相同的化学位移,说明氢在这两种铌酸锂晶格内的位置相同。利用二次矩的计算结果与实际的核磁共振谱相比较我们发现,氢不可能存在于没有缺陷的铌酸锂晶格中。核磁共振实验发现,对于同一个铌酸锂粉末样品紫外辐照不同的时间,随着辐照时间的增加样品中的含氢量线性增加到一定的量即达到饱和,通过水分测定结果计算得到对于同成分铌酸锂样品用这种方法能够引入的氢的最高摩尔含量大约为0.3%,这与同成分样品中的锂缺陷的含量基本相同,于是我们得到结论:用此方法掺氢最多能达到的氢杂质的含量与样品中的锂缺陷的量相同。当紫外光辐照后样品中的氢含量达到最高时,做粉末X射线衍射,没有发现杂质峰,支持这一结论。
对不同颗粒尺寸的铌酸锂晶体在氢气氛下辐照相同的时间,用核磁共振方法进行研究,我们发现,随着颗粒尺寸的减小,样品内的含氢量非线性的增加,说明反应的平均速率随着颗粒尺寸的减小是逐渐增大的,但是当颗粒增大到一定程度时,例如对于片状的铌酸锂样品,相同条件下氢的含量要少得多,以致反映不能正常进行。由光化学的反应机理我们推测:铌酸锂晶体在紫外光辐照下产生电子空穴对,电子空穴对迁移到晶体表面与氢气发生反应,但是样品随着颗粒尺寸增大,样品的表面积减小,电子空穴对的复合几率增大,相应的与氢气反应的几率减小。至于具体的反应机理还需要进一步的研究。另外我们还对氢气氛下紫外光辐照前后片状富锂铌酸锂单晶进行了红外和紫外透射光谱的研究,发现辐照后的样品—OH吸收峰发生了蓝移,紫外光谱的吸收边向低频移动,经过计算我们得到辐照后的铌酸锂样品的带隙大约增宽0.2eV。