lign="justify"> Золь-гель технологія - це методика створення на скляних або кварцових підкладках оптично прозорих плівок шляхом висушування і наступного відпалу нанесеного на ці підкладки шари спеціального колоїдного розчину - золю.
В основі процесу золь-гель лежать реакції гідролізу і поліконденсації елементоорганічних сполук, які ведуть освіті елемент-кисневого каркаса, поступове розгалуження якого викликає послідовні структурні зміни за схемою
розчин? золь? гель? оксид.
Спочатку органічна сполука кремнію (титану, цирконію, алюмінію, бору або фосфору) піддають гідролізу
M (OR) n + nH 2 O? M (OH) n + nR (OH),
в ході якого відбувається заміщення алкоксідних груп OR гидроксогруппами OH, а потім проводиться реакція поліконденсації гідроксидів
M (OH) n? MO n/2 + (n/2) H 2 O,
в процесі якої і формується кремній-кисневий каркас.
В якості базового матеріалу для отримання плівок діоксиду кремнію і стекол використовують тетраетілортосілікат Si (OC 2 H 5) 4 (або в літературі TEOS), який змішують у відповідних пропорціях з етиловим або ізопропіловимспиртом і водою:
Si (OC 2 H 5) 4 + H 2 O? (OH) Si (OC 2 H 5) 3 + C 2 H 5 OH.
Золь діоксиду кремнію виходить при тривалому перемішуванні отриманого розчину. Скляні плівки виготовляються із суміші золів оксиду кремнію і золів оксидів титану, бору, фосфору і т. П.
Отриманий золь фільтрується і наноситься на підкладку. Підкладки з нанесеним розчином сушаться при температурі ~ 100 - 200 ° С. Під впливом температури відбувається процес коагуляції - вся маса колоїдних частинок золю, пов'язуючи розчинник, переходить в полужидкое-напівтверді стан - гель. Внаслідок випаровування розчинника на підкладці залишається пориста плівка діоксиду кремнію - каркас.
Подальший відпал при температурі ~ 300 - 800 ° С призводить до утворення суцільної плівки, пористість якої не перевищує 10 - 15%. Ця плівка може бути використана в якості волноводного шару.
Основною перевагою методу золь-гель є можливість отримання плівок із заданим показником заломлення. Причому собівартість виготовлення подібних плівок відносно низька.
Точність необхідного показника заломлення залежить від стабільності параметрів відпалу і параметрів навколишнього середовища. Виготовлення плівок виробляється при заданих значеннях цих параметрів. Оптичний показник заломлення золь-гель плівок залежить від ряду різних факторів, але, головним чином, від співвідношень компонентів початкового розчину і температури відпалу плівки. Крім того, при виготовленні плівок із заданим показником заломлення необхідно забезпечити стабілізацію параметрів режиму відпалу та параметрів навколишнього середовища (відносна вологість, температура, обеспиленная та ін.). Дотримання цих умов дозволяє виготовляти оптичні хвилеводи із заданими значеннями коефіцієнта уповільнення або буферні золь-гель шари з точно заданими показниками заломлення для різних комбінованих хвилеводних систем.
Рівень втрат в хвилеводних системах, виготовлених за методом золь-гель, може не перевищувати, за відомостями різних літературних джерел, 0,2 - 0,5 дБ/см. При зазначених вище умовах, важливу роль відіграє дисперсність розчину перед його нанесенням на підкладки.
Таким чином, золь-гель технологія забезпечує можливість дуже точного управління структурою одержуваного речовини на молекулярному рівні та отримання багатокомпонентних оксидних сполук з точним дотриманням стехіометричного співвідношення елементів, високою гомогенністю і порівняно низькою температурою утворення оксидів (~ 400 -800 ° С), що значно розширює спектр речовин (особливо органічних), використовуваних як компонентів розчину - золю. Внесення певних добавок може забезпечити, наприклад, нелінійні властивості одержуваних плівок, що дає можливість подвоєння частоти, модуляції сигналу і т. П.
Разом з перевагами технологія золь-гель має також ряд недоліків і обмежень. Так, отримання плівок, що мають показник заломлення більше 1,8, обмежується допустимим рівнем втрат (наприклад, при введенні в золь спиртових розчинів B 2 O 5 або TiO 2 в кількості, необхідній для реалізації показника заломлення 1,8, рівень втрат зростає до ~ 6 - 8 дБ/см).
Золь-гель плівки можуть мати властивість двулучепреломления, т. е. оптичні хвилі різних поляризацій мають різну фазову швидкість в матеріалі плівки, таке явище може негативно позначитися на характеристиках деяких хвилеводних систем. Двулучепреломление виникає внаслідок внутрішніх напружень у плівці при виготовленні, на його величину впливає як ...
