TeO2晶体的力学性能及缺陷分析(3)
TeO2晶体是一种非常重要的新型非线性光学晶体材料,其折射率高（ne=2.430，no=2.074），对可见光透明度高,光弹性系数大,在[110]方向传播的剪切波的声速非常低（0.62×105cm/s），这种慢剪切波具有高声光优值（M2=793×10-18 s3/g），在（001）平面沿与X轴成35.9°方向传播的横波具有零温度系数,且其优值也高（M2=200×10-18s3/g）。
20世纪80年代中后期，中国科学院上海硅酸盐研究所用改进的Bridgman 法生长出了(20 mm×20 mm×80 mm)无条纹、无散射、无云层等缺陷的TeO2单晶，达到了实际应用的要求，并为此获得了国家发明专利。
二氧化碲晶体不但是一种具有高品质因子的声光晶体，还是一种具有双β衰变特性的中微子探测用晶体。由于130Te的自然丰度为33.8％，不必对其进行浓缩，成本低，因而二氧化碲晶体成为目前双β衰变源的首选。作为双β衰变源的二氧化碲晶体，其要求是尺寸大(不低于50 mm×50 mm×50 mm)、纯度高（非故意参杂杂质浓度低于10﹣7 g／g，放射性杂质如U、Th等浓度低于10﹣13g／g）。
目前，全球已在进行或即将开始进行探测暗物质的实验项目约20个。通过探测暗物质湮灭所产生的次级粒子，如中微子、正负电子对、质子、反质子等是认识暗物质的有效途径，而二氧化碲晶体是探测中微子的首选材料。CUORE项目正是利用二氧化碲晶体作为辐射量热器来探测中微子的绝对质量与性质。
1.2.2 TeO2声光晶体结构
TeO2晶体属D4-422点群，有三种结构：一是金红石结构的方晶,二是板钛矿结构的正交晶系,三是变形金红石结构的四方晶系。第三种结构是唯一可以人工生长的晶体[4]。具体实验中用到的是具有变形金红石结构的TeO2晶体，在晶体结构中是氧离子(O2-)形成吹冰配位的畸变八面体，碲离子(Te4+)则进入八面体空隙中。每一个单位晶胞含有四个TeO2分子,每四个[TeO6]八面体共用三条棱[5]。
图1 表型金红石晶胞图 图2 金红石晶簇
金红石晶胞（Ti2O4）中八面体（TiO6）通过共用赤平面内的两条棱连接，多个同样的八面体遵从空间位阻最小的原则，最终以直链状结构形成长链，链与链之间通过共用顶点规则排列，从而形成空间网状结构——晶簇，通过Diamond软件旋转晶胞，从不同角度观察八面体，可以发现其基本结构单元八面体是一个正八面体，赤平面上4个氧原子在一个平面上，而正是这个八面体结构决定了金红石构型。相对于锐钛结构而言，金红石中八面体几乎没有张力，分子能量较低，分子呈紧密排列，是一个稳态结构。
图3 Te和O原子位置分布图
TeO2分子中的2个Te-O键，长度为0.184nm，形成112°的夹角。如图3所示。从结晶形态和键角关系角度分析（100）和（010）面是解理面，因此TeO2晶体如果按<100>、<010>方向生长容易开裂，所以我们在生长的时候一般避开晶体的解理面，选择<001>、<110>等方向生长，特别是沿<110>方向可以较好地控制晶体的开裂。[6]
1.3 TeO2晶体研究现状
1.4 晶体的力学性能：
1.4.1 力学性能参数：
材料力学性能（materials mechanical properties）是指材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。一般材料的力学参数有弹性模量、硬度，塑性，强度，韧性等等。
硬度是表征材料软硬程度的一种力学性能指标。测定硬度的试验方法有很多，大体可分为压入法和划痕法。
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