Оптические и бесцветные стекла, синтез и технология (курсовая работа)

Тольяттинский государственный университет (Росдистант), ТГУ. Физика конденсированного состояния 2 (Курсовая работа) (4633). Тема - Оптические и бесцветные стекла, синтез и технология.

Все курсовые работы защищены на оценку не ниже 75 из 100 (хорошо). Следует понимать, что работы уже сдавались.

Для Росдистант имеются и другие готовые работы. Пишем уникальные работы под заказ. Помогаем с прохождением онлайн-тестов. Пишите в ЛС (Ксения).

ВВЕДЕНИЕ 8

1 СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ И БЕСЦВЕТНЫХ СТЕКОЛ 11

1.1 Основные оптические характеристики стекол 11

1.2 Классификация оптических стекол 12

1.3 Структура оптических стекол на молекулярном уровне 13

1.4 Отличительные особенности оптических стекол от стандартных 14

2 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОПТИЧЕСКИХ СТЕКОЛ 16

2.1 Основные типы оптических стекол по составу 16

2.1.1 Кварцевые стекла (плавленый кварц) 16

2.1.2 Боросиликатные стекла 17

2.1.3 Фосфатные стекла 17

2.1.4 Германатные стекла 17

2.1.5 Свинцовые стекла 18

2.1.6 Фторидные стекла 18

2.1.7 Халькогенидные стекла 19

2.2 Функции компонентов в стеклообразующих системах 19

2.2.1 Стеклообразователи 19

2.2.2 Модификаторы сети 20

2.2.3 Промежуточные оксиды 20

2.3 Влияние состава на оптические свойства 20

3 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА 22

3.1 Традиционное высокотемпературное плавление 22

3.1.1 Подготовка сырьевых материалов 22

3.1.2 Плавление и гомогенизация 23

3.2 Золь-гель метод 23

3.2.1 Принцип процесса 24

3.2.2 Преимущества и недостатки 24

3.2.3 Современные инновации в золь-гель методе 25

3.3 Методы химического осаждения из газовой фазы 25

3.3.1 Модифицированное химическое осаждение из газовой фазы (MCVD) 25

3.3.2 Плазменно-активированное CVD (PCVD) 26

3.3.3 Осаждение из внешней газовой фазы (OVD) 26

3.4 Прогрессивные подходы к синтезу 26

3.4.1 Гидролиз пламени 26

3.4.2 Лазерный синтез 27

3.4.3 Микроволновая обработка 27

3.5 Выбор метода синтеза в зависимости от применения 27

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА 29

4.1 Процессы плавления 29

4.1.1 Подготовка сырья 29

4.1.2 Типы плавильных печей 29

4.1.3 Температурные режимы плавления 30

4.1.4 Гомогенизация и удаление пузырей 30

4.2 Методы формования 31

4.2.1 Прецизионное прессование стекла (PGM) 31

4.2.2 Процессы вытягивания 32

4.2.3 Методы литья 32

4.2.4 Специализированные методы формования 33

4.3 Процедуры отжига 33

4.3.1 Физические основы отжига 33

4.3.2 Режимы отжига для оптического стекла 34

4.4 Обработка поверхности и финишная отделка 34

4.4.1 Шлифование и полирование 35

4.4.2 Химическая обработка 35

4.4.3 Процессы нанесения покрытий 36

4.4.4 Передовые технологии финишной обработки 37

4.5 Интеграция процессов и автоматизация 37

5 МОДИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОСРЕДСТВОМ ЛЕГИРОВАНИЯ И КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 38

5.1 Методы легирования и используемые легирующие элементы 38

5.1.1 Редкоземельные элементы (РЗЭ) 38

5.1.2 Ионы переходных металлов 39

5.1.3 Наночастицы благородных металлов 40

5.1.4 Квантовые точки полупроводников 40

5.2 Композитные стеклянные материалы 41

5.2.1 Стеклокерамики 41

5.2.2 Стекло-полимерные композиты 42

5.2.3 Наноструктурированные стекла 42

5.2.4 Гибридные органо-неорганические материалы 43

5.3 Прогрессивные методы модификации 43

5.3.1 Ионный обмен 43

5.3.2 Лазерно-индуцированные модификации 44

5.3.3 Термическое полинг 44

5.4 Технологические прорывы, достигнутые через модификацию 45

6 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И ХАРАКТЕРИЗАЦИИ 47

6.1 Измерение оптических свойств 47

6.1.1 Измерение показателя преломления 47

6.1.2 Спектроскопия пропускания и поглощения 48

6.1.3 Измерение поляризационных эффектов 48

6.1.4 Характеризация нелинейных свойств 49

6.2 Физическая и структурная характеризация 49

6.2.1 Измерение плотности 49

6.2.2 Оценка однородности 50

6.2.3 Термические свойства 50

6.2.4 Химическая стойкость 51

6.2.5 Анализ остаточных напряжений 51

6.2.6 Структурный анализ 51

6.3 Анализ дефектов и стандарты качества 52

6.3.1 Визуальный и оптический контроль 52

6.3.2 Типы дефектов 52

6.3.3 Оценка качества поверхности 52

6.3.4 Измерение волнового фронта 53

6.3.5 Международные стандарты 53

6.4 Передовые методы характеризации 54

6.4.1 Интерферометрия с фазовым сдвигом 54

6.4.2 Атомно-силовая микроскопия (AFM) 54

6.4.3 Электронная микроскопия 54

6.4.4 Компьютерное моделирование 55

6.4.5 Применение искусственного интеллекта 55

7 СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СТЕКОЛ 56

7.1 Градиентно-индексные (GRIN) оптические стекла 56

7.1.1 Методы производства 56

7.1.2 Достигнутые параметры 57

7.1.3 Применения 57

7.2 Фотохромные стекла 57

2.1 Механизмы фотохромизма 57

7.2.2 Состав и свойства 58

7.2.3 Современные разработки 58

7.2.4 Применения 58

7.3 Лазерные стекла 59

7.3.1 Матрицы для лазерных стекол 59

7.3.2 Легирующие элементы и их применения 60

7.3.3 Недавние прорывы 60

7.4 Фотосенсибилизированные стекла 60

7.4.1 Механизмы фотосенсибилизации 61

7.4.2 Технологические параметры и достижения 61

7.4.3 Применения 61

7.5 Другие специальные оптические стекла 62

7.5.1 Халькогенидные стекла 62

7.5.2 Ультрафиолет-пропускающие стекла 62

7.5.3 Стекла с высокой нелинейностью 63

7.5.4 Магнитооптические стекла 63

7.6 Тенденции и перспективы развития оптических стекол 63

7.6.1 Экологически безопасные составы 63

7.6.2 Гибридные материалы и нанокомпозиты 64

7.6.3 Аддитивные технологии для оптического стекла 64

7.6.4 Интеллектуальные оптические материалы 65

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 69