專利名稱：一種用于紫外光通帶濾波器的十二水硫酸鎳鈷晶體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學與人工晶體材料領域。
背景技術：
使用晶體通帶濾波器可使特殊的光譜波長全部通過而將其他波長的光隔離，作為晶體通帶濾波器必需具有通過光譜呈不連續(xù)的特征，使通過的光波段具有很高的透過率和窄的帶寬而其它波段的光被強烈吸收。六水硫酸鎳(NiSO4·6H2O簡稱NSH)晶體是一種優(yōu)良的紫外濾波晶體材料，已廣泛應用于光譜、激光技術作為紫外通帶濾波器和傳感器(Norsingh et.al.crystalfor ultraviolet light filter united states patent 5788765，Aug，4，1998)。NSH晶體在紫外波段(254nm)附近有很高的透過率(88～90％)，雖然對大部分可見光和近紅外有濾波作用，但在450～600nm范圍仍有部分透過率，這對于需要純紫外光源的應用如熒光分析用的紫外光源(波長254nm)就要求將可見光全部過濾。
根據(jù)分子組成、晶體結構與紫外-近紅外光譜性能的分析研究，我們設計一種新的紫外光通帶濾波器晶體材料——十二水硫酸鎳鈷CoNi(SO4)2·12H2O(簡稱CNSH)。這是一種新的復合絡合物，目前國內外尚未有該化合物的合成、晶體生長、晶體結構光譜性能與應用等報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是設計并研制出一種新的紫外光濾波器晶體材料。使該晶體材料既能保持NSH晶體具有的紫外波段(～254nm)高的透過率又可增加對可見光(450～600nm)的吸收，達到完全隔離可見光獲得純的紫外光源的目的。
實現(xiàn)該發(fā)明的技術方案如下1.晶體材料的化學式為CoNi(SO4)2·12H2O(十二水硫酸鎳鈷，簡稱CNSH)。CNSH的合成方法采用國產分析純摩爾比1∶1的CoSO4·7H2O和NiSO4·6H2O試劑在二次蒸餾水中加熱攪拌溶解后冷卻得到棕色透明的CNSH結晶。其復合反應式為
2.CNSH晶體結構用CAD—4型X射線四圓衍射儀測定，確定該晶體的化學式為所設計合成的CoNi(SO4)2·12H2O，分子量為525.95，屬單斜晶系，空間群為P2/c，晶胞參數(shù)a＝9.966(2)，b＝7.2265(4)，c＝24.218(5)，β＝98.32(3)°，V＝1725.9(6)3，z＝4，Dc＝2.024g/cm3，CNSH的分子結構和單晶結構見圖1和圖2。
3.CNSH晶體的生長方法CNSH在水中的溶解實驗表明溶解度和溶解溫度系數(shù)較大，可用水溶液蒸發(fā)法或降溫法生長CNSH晶體，我們采用降溫法生長CNSH晶體。
(1)CNSH晶體生長溶液配制按1，合成棕色透明的CNSH結晶用二次蒸餾重結晶，烘干后作為晶體生長的原料，配制飽和度在50～40℃1000～500ml體積的飽和溶液，經過0.25μm孔徑的濾膜過濾，在高于過飽和度5～10℃過熱溶液后緩慢降到高于飽和點1～2℃的溫度，溶液的PH范圍在3.9～4.1。
(2)降溫法生長CNSH晶體采用飽和溶液中自發(fā)結晶的透明完整晶體作為籽晶，在50～40℃預熱后放入(1)中配制的CNSH飽和溶液中進行生長，生長溶液的溫度控制精度在0.01～0.02℃，晶體的正反轉動速度為30～60轉/分。通過生長溶液降溫量控制晶體的生長速度，約1～3mm/day。當晶體生長到所要求的尺寸后將晶體提出液面，通過自然降溫退火到室溫后取出。
4.CNSH晶體的透過光譜用PE-Lambda900分光光度計測量，波長范圍從紫外190nm到近紅外1200nm，測試樣品為CNSH和NSH晶體分別溶解于二次蒸餾水中，濃度都為0.25mol的溶液，從溶液透過光譜(見圖3)可看到它們在254nm紫外區(qū)具有很高的透過率和窄的透過波段，相比NSH在可見光(500nm)附近和近紅外(900nm)附近還有二個小透過峰，CNSH在可見到紅外區(qū)域基本沒有透過峰出現(xiàn)，這說明CNSH晶體對可見和紅外的光吸收效果比NSH好，更適合作為紫外通帶濾波器。
5.CNSH晶體的熱重分析用DELTA SERIES TGA7熱重分析儀測量CNSH和NSH晶體的熱重曲線，測量結果CNSH和NSH的開始脫水溫度分別為84.74℃和73.03℃，說明CNSH晶體的熱穩(wěn)定性優(yōu)于NSH晶體。
該發(fā)明與背景技術相比所具有的有益效果是與目前廣泛應用的紫外光濾波器材料NSH晶體相比，CNSH從可見到近紅外光區(qū)的吸收大于NSH晶體，作為紫外帶通濾波器的效果比NSH晶體效果更好，可以獲得更純的紫外光源，CNSH晶體的熱穩(wěn)定性優(yōu)于NSH晶體，這對濾波器元件的加工制作和應用都有利。


圖1是CNSH分子結構；圖2是CNSH晶體的單胞結構；圖3是NSH和CNSH的透過光譜比較，其中1為NSH，2為CNSH。
具體實施例方式
1.原料采用國產分析純的CoSO4·7H2O和NiSO4·6H2O克分子比1∶1，溶解于二次蒸餾水，降溫獲得棕色透明的CNSH結晶作為CNSH晶體生長的原料。
2.飽和溶液的配制將上述原料配制500ml飽和溫度為45℃的飽和溶液，PH為3.95，用0.25μm的微孔濾膜過濾溶液，在55℃過熱溶液10小時后自然降溫到46℃。
3.CNSH晶體的生長采用降溫法生長CNSH晶體，用自發(fā)結晶5mm大小的棕色晶體為籽晶，在上述過飽和溶液中通過控制溶液的降溫量控制晶體的生長速度約2mm/天，溫度控制精度為±0.01℃，晶體的正反轉動速度為30轉/分。經過15天生長周期得到2.5cm的棕色晶體，該晶體溶于水。
權利要求
1.一種用于紫外光通帶濾波器的十二水硫酸鎳鈷晶體，其特征在于，該晶體的分子式為CoNi(SO4)2·12H2O，分子量為525.95，屬單斜晶系，空間群P2/c，晶胞參數(shù)a＝9.966(2)、b＝7.2265(4)、c＝24.218(5)，β＝98.32(3)°，V＝1725.9(6)3，z＝4，Dc＝2.024g/cm3，晶體為棕色，溶于水。
2.一種權利要求1的十二水硫酸鎳鈷晶體的生長方法，其特征在于，(1)生長溶液的配制是采用分析純摩爾比為1∶1的CoSO4·7H2O和NiSO4·6H2O作為原料在水中進行復合反應合成的；(2)生長籽晶是按(1)中配制的飽和溶液采用自發(fā)結晶獲得的；(3)晶體采用溶液降溫法進行生長，生長起始溫度在40～50℃范圍之間，生長溶液的PH值為3.9～4.1，晶體平均生長速度通過降溫量控制在1～3mm/天，溫度控制精度為0.01～0.02℃，晶體的正反轉動速度為30～60轉/分。
3.一種權利要求1的十二水硫酸鎳鈷晶體的應用，其特征在于，該晶體用于紫外光通帶濾波器，特別是用于獲取純紫外光源的濾波器件。
全文摘要
一種用于紫外光通帶濾波器的十二水硫酸鎳鈷晶體，涉及光學與人工晶體材料領域。該晶體的分子式為CoNi(SO
文檔編號C30B7/00GK1580335SQ0315418
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月15日 優(yōu)先權日2003年8月15日
發(fā)明者莊欣欣, 蘇根博, 賀友平, 李征東, 李國輝, 馬錦波 申請人:中國科學院福建物質結構研究所