碘化汞(α-HgI_2)晶体的形貌预测及制备

为了获得应用于核辐射探测器的碘化汞(α-HgI_2)单晶,采用布拉维法则理论,通过Material Studio(MS)软件预测理想晶体形貌,建立了以二甲基亚砜为溶剂,控制溶液初始温度为25℃,每4h升温1℃的近平衡态液相生长工艺.研究结果表明:{001}是最重要生长晶面,理想晶体的最优/大面应为(001);经过4d的生长,获得具有规则自然晶面,与模拟形貌结果比较接近的α-HgI_2晶体,同时X射线衍射检测表明晶体最大晶面为(001).通过理论模拟和实验结果证明在近平衡生长环境下结构因素控制α-HgI_2生长.

α-HgI_2晶体附着能的计算

为研究碘化汞(HgI_2)晶体生长形貌的变化规律,使用Material Studio(MS)软件中的Morphology和Forcite模块计算HgI_2晶体的附着能(Eahtktl)明确晶体的生长速率Rhkl.采取封端法辅助切面法将非收敛结构转换为收敛结构后计算α-HgI_2晶体的附着能.以β-HgI_2晶体为参照,通过对β-HgI_2使用生长形态法与封端法辅助切面法同步计算附着能,分析封端法辅助切面法计算晶体附着能的合理性.结果表明:使用封端法辅助切面法计算出α-HgI_2晶体(001)、(101)和(110)的Eahtktl分别为-9.86,-23.04和-26.87kJ·mol-1.分别采用生长形态法与封端法辅助切面法同步计算的β-HgI_2晶体(001)、(110)、(111)、(020)和(021)的Eahtktl结果相同,说明封端法辅助切面法可以用于计算α-HgI_2晶体Eahtktl.

α-HgI_2多晶体合成工艺优化

针对传统的两温区气相合成高纯HgI2多晶体方法(工艺1)原料损失多、产量低等缺点,通过工艺优化,采用单温区安瓿旋转高温合成工艺(工艺2)合成了HgI2多晶粉体.对比了两种工艺条件下合成产物的物相和杂质含量,结果表明:相对于工艺1,工艺2中由于安瓿旋转和反应温度高,原料反应充分,HgI2多晶体的产量从占合成产物总量的30%增大到90%.工艺2中杂质总量在10×10-6以下,达到HgI2单晶体生长要求.

HgCl_2-KI-H_2O溶液体系中碘化汞(α-HgI_2)籽晶层生长研究

为提高气相沉积碘化汞(α-HgI_2)多晶薄膜定向生长效果,研究了HgCl_2和KI溶液化合反应法制备用于同质外延的HgI_2籽晶层的生长工艺.建立了HgCl_2/KI=1∶1~1∶6(摩尔比)的反应体系,通过改变体系中碘离子([I]^-)浓度,研究了液相体系的反应过程.通过紫外-可见分光光度计研究了反应体系中组元转变特征,采用偏光显微镜分析了不同浓度下晶体结晶形貌和分布特征.UV光谱表明:随着[I]^-浓度增大,体系中出现[HgI2]n聚体并导致吸收峰红移,以及K[HgI_3]·H_2O吸收峰出现蓝移.宏观形貌分析表明:籽晶层粒度和覆盖度随[I]^-浓度增大而增大,晶粒逐渐发育充分.[HgI_2]n聚体的形成导致电子能级密度增加,跃迁能量降低,形成红移;孤对电子浓度增大在K[HgI_3]·H_2O出现电子从非键轨道向反键轨道的跃迁现象,形成蓝移.当HgCl_2/KI=1∶6时,覆盖度最佳.分析认为,控制高浓度体系中反应速率可降低晶粒堆垛现象.