CN101033558B - 一类红外窗口材料 - Google Patents

Abstract

一类红外窗口材料涉及Cd₂Hg₅Q₄X₄(Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)新型红外窗口材料系列。本材料采用固相反应法制备，用HgX₂，Q粉，CdS，真空密封后加热反应生成单晶体。该晶体用于红外窗口、太阳能电池以及用于光电开关。

Description

一类红外窗口材料

技术领域

本发明涉及系列Cd₂Hg₅Q₄X₄(Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)新型红外窗口材料及其制备。

背景技术

1800年，W.赫胥尔发现红外光谱区，20世纪30年代人们发现每种处于0K以上的物体都会发射特征的红外波段电磁波，这个特征对于军事观察和测定肉眼看不见的物体具有特殊意义，如红外定位仪和夜视仪的使用，使红外技术和红外材料的研究得到了迅速发展。

红外探测技术是利用红外谱段来完成观测、侦察、瞄准、监视、跟踪、制导和夜间作战等任务的，如红外制导具有精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、结构紧凑、机动灵活等优点，在各种导弹的制导、红外预警(包括探测、识别和跟踪，预警飞机、预警子星、各种侦察机等)、观察瞄准(高能束拦截武器等)等方面具有广阔和深远的应用。而红外材料是红外探测技术的基础，可以说一个国家红外材料的水平在一定程度上标志其红外技术水平。也正因为其在军事应用的特殊目的，西方发达国家多年来一直对我国采取技术封锁政策，因此，发展我国自主知识产权的红外技术和红外材料已成为国家需求的重要组成部分，它对于我国的国防和高科技产业发展具有重要的意义。

红外探测器主要在大气空间使用，因此大气层的影响是非常重要的，一般对红外吸收小、能够使红外线透过达到目标的大气窗口有1-3um、3-5um和8-14um三个，然而无论是5km高度的中空还是10km高度的高空，长波8-14um窗口的大气透过率明显比其它两个窗口好，因此军用红外探测器主要采用8-14um窗口的探测器。目前应用于8-14um长波窗口的红外探测材料主要是碲镉汞(简称MCT)红外材料，虽然MCT红外材料本身还存在多种不足有待于进一步的优化，然而其优秀的综合性能仍然引起人们的高度重视。

开展新型的硫属化合物红外材料的研究，对于克服MCT材料自身的缺点，发现新型的红外材料，扩展红外材料的应用范围，提升我国国防能力，具有显著的科学意义。硫属化合物在中远红外波段具有很宽的透过区，是一类重要的红外半导体材料，成为材料科学的热点研究领域之一，在许多方面有广泛的应用前景，如军事预警、侦察、制导，空间地球遥感观测应用，工业、医学、交通等国民经济领域应用，等等。硫属化合物红外材料就是以碲镉汞为主要研究对象，加入不同的改性组份，旨在提高MCT材料中Hg-Te键的键强以改善MCT材料的固有缺点，并保持MCT材料的优异性能的新型红外材料。

发明内容

本发明的目的是要找到一种可以改善MCT材料的固有缺点，并保持MCT材料的优异性能的新型红外窗口材料。为此，需要选择合适的元素来合成一类新的红外窗口材料。

我们选择了VIA族元素Se，VIIA族元素Br和IIB族的Cd和Hg，用固相反应法，合成出新型半导体材料化合物Cd₂Hg₅S₄Br₄。由于周期表中同一族元素具有相类似的性质，因此，可选择S或Te元素替代Se，Cl或I替代Br元素，按反应式中各反应物的摩尔比准确称取相应质量的反应物，在一定温度范围下反应一段时间，可以得到异质同晶的系列化合物Cd₂Hg₅Q₄X₄(Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)，如Cd₂Hg₅Se₄Br₄，Cd₂Hg₅Te₄Br₄，Cd₂Hg₅S₄Cl₄等。同时由于同族元素的差异，使得该系列半导体材料的带隙宽度存在差异，因此，通过调整材料的组份可以得到不同带隙宽度的半导体材料以满足不同应用领域的需求。

本发明设计的红外窗口材料采用固相反应法制备，用HgX₂，Q粉，CdS，真空密封后加热反应，生成单晶体。

新型红外窗口材料化合物Cd₂Hg₅Q₄X₄(Q＝S，Se，Te；X＝Cl，Br，I)具有如下优点：此化合物的制备简单易行，反应过程不引入杂质，只要使用足够纯的试剂，就无须提纯；可以在相对温和的条件下制备，无须复杂的设备；可以直接获得单晶体，无须进一步生长单晶。

具体实施方式

实施实例1，关于红外窗口材料化合物Cd₂Hg₅S₄Br₄的合成和单晶体生长

红外窗口材料化合物Cd₂Hg₅S₄Br₄的合成和单晶体生长是采用固相反应法同时完成的。反应式为：

HgBr₂+S+CdS→Cd₂Hg₅S₄Br₄

所用化学试剂及生产厂家为：

HgBr₂    May&Baker(England)  纯度≥99.95％

S粉      四川半导体材料厂    纯度≥99.999％

CdS粉    上海化学试剂公司    纯度≥99.999％

三种试剂的投料量为：

HgBr₂      0.5mmol   0.1803g

S粉        1mmol     0.0321g

CdS粉      0.5mmol   0.1444g

先按反应式中各反应物的摩尔比准确称取相应质量的反应物，放入研钵中研磨均匀，然后将研磨好的混合物压片，装入玻璃管内。将玻璃管抽真空然后用火焰封闭玻璃管。把封好的玻璃管放入马福炉，用温度控制仪控制温度，由室温4h内升温至200℃，在200℃恒温12小时，再5h内升温至300℃，在300℃恒温144小时，再48h内降至室温，然后关掉电源。从马福炉中取出玻璃管，打开，可得到黄色块状晶体，最大可达1.0mm×0.7mm×0.6mm。

经单晶结构测定，化合物Cd₂Hg₅S₄Br₄的空间群为C2/m(No12).单胞参数为a＝9.276(2)

b＝36.954(7)

c＝10.154(2)

α＝γ＝90°，β＝117.18，Z＝8，单胞体积V＝3096(1)

紫外-可见光谱测试表明，化合物Cd₂Hg₅S₄Br₄的禁带宽度约为2.52eV。红外光谱测试表明，化合物Cd₂Hg₅S₄Br₄在500～4000cm^-1内无吸收峰，即红外透过，透过率T％＞92％。

Claims (3)

1.一种红外窗口材料，其特征在于：该红外窗口材料的分子式为Cd₂Hg₅S₄Br₄，空间群为C2/m(No12)，其单胞参数为a＝9.276(2)

b＝36.954(7)

c＝10.154(2)

α＝γ＝90°，β＝117.18，Z＝8，V＝3096(1)

2.权利要求1所述的红外窗口材料制备方法，其特征在于：采用固相反应法，将HgBr₂ 0.5mmol，S粉1mmol，CdS 0.5mmol真空密封后加热反应合成，制备该红外窗口材料。

3.权利要求1的红外窗口材料的用途，其特征在于：该红外窗口材料用于红外窗口。