Temperature dependences of optical properties,chemical composition,structure,and laser damage in Ta2O5 films

Ta2O5 films are prepared by e-beam evaporation with varied deposition temperatures,annealing temperatures,and annealing times.The effects of temperature on the optical properties,chemical composition,structure,and laserinduced damage threshold(LIDT) are systematically investigated.The results show that the increase of deposition temperature decreases the film transmittance slightly,yet annealing below 923 K is beneficial for the transmittance.The XRD analysis reveals that the film is in the amorphous phase when annealed below 873 K and in thehexagonal phase when annealed at 1073 K.While an interesting near-crystalline phase is found when annealed at 923 K.The LIDT increases with the deposition temperature increasing,whereas it increases firstly and then decreases as the annealing temperature increases.In addition,the increase of the annealing time from 4 h to 12 h is favourable to improving the LIDT,which is mainly due to the improvement of the O/Ta ratio.The highest LIDT film is obtained when annealed at 923 K,owing to the lowest density of defect.     

氟置换高岭石层间羟基的能量最小化模拟

为了进一步澄清高岭石中结构无序的成因以及氢键对它们的影响程度,利用补充了氟参数的CLAYFF力场,对层间羟基不同分数的氟置换进行了能量最小化模拟.结果发现:四面体底氧起皱的原因是四、八片层不匹配引起的Al—O(连接氧)键拉伸以及维持四面体自身外形的需要;四面体旋转的原因与Newnham的解释类似.八面体上下三原子对旋转是由于:(1)四、八面体层的不匹配,具体地说是连接氧/内部羟基氧与八面体铝之间的O—Al—O键角(θ1)和Al—O—Al键角(θ2),层间羟基氧与八面体铝之间的O—Al—O键角(θ4)和Al—O—Al键角(θ5)的增大,以及八面体共棱O—Al—O键角(θ3)的减小;(2)铝硅斥力引起的θ1、θ2变小和θ3变大;(3)(1)和(2)中所有键角变化引起的结构调整;(4)高岭石特殊的网状结构共同引起的.八面体O-O共享棱的缩短和铝更靠近层间羟基氧同样也是(1)-(4)作用的结果;θ1、θ2、θ4和θ5增大和θ3减小还引起了八面体展平.层间氢键对四面体底氧起皱、八面体展平和八面体上下三原子对旋转起阻碍作用,而对四面体旋转起促进作用.此外,当氟对层间羟基的置换摩尔分数较低时(xF=0-0.7),高岭石层间距并不明显随氟的增加而增加,这说明了高岭石的水合过程可能并不需要氟化铵的加入.     

高岭石-水体系中水分子结构的分子动力学模拟

以Hendricks模型为初始结构, 利用CLAYFF力场对高岭石-水体系进行无晶体学限制的分子动力学模拟. 结果表明, 层间水有三种类型: I型类似于Costanzo提出的“洞水”分子, 其HH矢量(水分子中从一个氢原子位置指向另一个氢原子位置的方向矢量)平行于(001)平面, 而C2轴稍微倾斜于(001)面法线; II型类似于“连接水”, 一个氢氧键指向临近的层间四面体氧形成氢键, 另一个氢氧键与(001)面近似平行; III型水分子在层间近似保持为竖直状, 一个氢与层间四面体氧形成氢键, 而另一个氢与对面层的羟基氧形成氢键. 高岭石羟基氢沿(001)晶面法线的浓度曲线显示一部分羟基指向变为近似平行于(001)面, 羟基氧因此能够暴露出来与层间水分子氢形成氢键. 此外, 模拟中还观察到部分II型水分子氧偏离于层间的平均位置而更靠近四面体层, 这和Costanzo的实验结果一致, 可能是X射线谱图中(002)弱衍射峰出现的原因.