專利名稱：新型紫外光通帶濾波器材料四水硫酸鎳鈉晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)與人工晶體材料。
背景技術(shù)：
常用的紫外晶體通帶濾波器，例如六水硫酸鎳(NiS04，6H20簡(jiǎn)稱NSH)、五 水硫酸銅(CuS04 5H20)，具有在紫外波段具有高的光學(xué)透過率，可見光波段強(qiáng) 吸收的特性，廣泛用于光譜、激光等技術(shù)領(lǐng)域。1998年N *B 'Singh， W *D屮antlow 發(fā)明了一種熱穩(wěn)定性比NSH晶體更好的新紫外光濾波晶體六水硫酸鎳鉀
(K2Ni (S04)2 -6H20簡(jiǎn)稱KNSH)， (N 'B 'Singh， W 'D 'Pantlow， U 'S 'Patent5788764， Aug， 4， 1998)作為紫外通帶濾波器的制作材料。NSH和認(rèn)SH晶體雖然在紫外 波段(254nm)附近有很高的透過率(〉80%)，但在450 600nm可見光范圍仍 有相當(dāng)部分的透過率。2003年國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理我所申報(bào)的發(fā)明專利(申請(qǐng) 號(hào)03154182.8)---種用于紫外光通帶濾波器的十二水硫酸鎳鈷晶體
(CoNi(S04)2* 12HA簡(jiǎn)稱CNSH)這種晶體在紫外波段(254nm)有高的透過率 并能將大部分的可見光波段(450 600nm)過濾。
迄今為止，所報(bào)道的紫外光通帶濾波器晶體材料的熱穩(wěn)定性均不超過 100°C，使得這些材料的應(yīng)用范圍受到限制。由于紫外光濾波晶體的組份、結(jié)構(gòu) 特征與光譜及熱穩(wěn)定性能一定程度上是相互關(guān)聯(lián)的，據(jù)此我們?cè)O(shè)計(jì)一種新的紫 外光通帶濾波器晶體材料——四水硫酸鎳鈉(Na2Ni (S04)2'4H20簡(jiǎn)稱麗SH)。這 是一種新的復(fù)合絡(luò)合物，目前國(guó)內(nèi)外尚無該化合物晶體生長(zhǎng)、熱學(xué)及光譜性能 等報(bào)道。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)并研制出一種新的紫外光濾波器晶體材料，使該晶體
材料具有常規(guī)紫外晶體具有的紫外波段( 254nm)的高透過率，同時(shí)又具有很 高的熱穩(wěn)定性能，采用溶液蒸發(fā)法生長(zhǎng)出厘米級(jí)尺寸的麗SH晶體。 實(shí)現(xiàn)該發(fā)明的技術(shù)方案
NNSH的合成合成方法是采用國(guó)產(chǎn)分析純的Na2S0jn NiS04 6H20試劑， 摩爾比為l: 1的二種原料在超純水中加熱攪拌溶解呈深綠色溶液，經(jīng)蒸發(fā)后得 到綠色的NNSH透明結(jié)晶，其復(fù)合反應(yīng)表示式為
Na2S04+NiS04 6H20=Na2Ni (S04)2 4H20+2H20
所得到的NSH結(jié)晶用等離子體原子發(fā)射光譜分析測(cè)定該晶體中Ni與Na元 素的化學(xué)配比為1:2。順SH的晶體結(jié)構(gòu)用CAD—4型X射線衍射儀測(cè)定，確定 該晶體的化學(xué)式為Na2Ni (S04)2 4H20，分子量368. 87，屬單斜晶系，空間群P2!/c， 晶胞參數(shù) a=5.5374(9)A，b=8.2022(13)A,c=ll. 0520(18) A， 3=100.5010(10)°， v=493. 56(14)A3, z=2， Dc=2. 482g cm—3。 NNSH的分子結(jié)構(gòu) 和單晶結(jié)構(gòu)見圖l和圖2。
晶體生長(zhǎng)方法麗SH在水中有較大的溶解度和一定的溶解度溫度系數(shù)， 適合采用水溶液蒸發(fā)法生長(zhǎng)(1)晶體生長(zhǎng)溶液的配制首先配制NNSH飽和溶 液，飽和溫度控制在60 70。C，溶液為深綠色，ra值為5 5.5，并裝在直徑為 7 10cm的生長(zhǎng)容器中。蒸發(fā)法生長(zhǎng)NNSH晶體采用飽和溶液中自發(fā)結(jié)晶透明完 整晶體作為籽晶，粘合固定在有機(jī)玻璃晶架上。經(jīng)過預(yù)熱后將籽晶移入飽和溶
液中進(jìn)行恒溫生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溶液的溫度控制精度為士o.orc，晶體正反向轉(zhuǎn)動(dòng)速
度為30~60轉(zhuǎn)/分，通過水蒸發(fā)量的控制，晶體的平均生長(zhǎng)速度為0.5~1毫米/ 天。
麗SH晶體的透過光譜NNSH晶體樣品兩透光面經(jīng)過拋光，通光長(zhǎng)度為2ram。使用PE-Lambda900分光光度計(jì)進(jìn)行透過光譜測(cè)量，測(cè)試波長(zhǎng)范圍選擇紫外190nm 到近紅外1200nm。晶體的透過光譜(見圖3)表明麗SH晶體具有可作為商用紫 外光通帶濾波器的光譜特性。NNSH晶體的熱學(xué)穩(wěn)定性用DELTA SERIES TGA7 熱分析儀測(cè)量麗SH晶體的熱重曲線，結(jié)果表明該晶體開始脫水溫度為132.6°C， 而NSH和KNSH的開始脫水溫度分別為73. 03°C、 97. 23°C，說明麗SH晶體的熱 穩(wěn)定性優(yōu)于NSH、 KNSH晶體。
該發(fā)明與背景技術(shù)相比所具有的有益效果與目前廣泛應(yīng)用的紫外濾波NSH 晶體和美國(guó)專利紫外濾波新材料KNSH晶體相比，NNSH晶體材料的熱穩(wěn)定性更高， 超過13(TC，這有利于濾波器元件在特殊場(chǎng)合，例如炎熱的沙漠環(huán)境、高空高速 飛行的航空器、太空飛行器中使用。
圖1 NNSH分子結(jié)構(gòu)；圖2 NNSH晶體單胞結(jié)構(gòu)；圖3 NNSH晶體透過光譜； 圖4 NNSH熱重曲線；圖5麗SH晶體。
具體實(shí)施例方式
采用國(guó)產(chǎn)分析純的Na2S0jn NiS04 *6H20試劑，將反應(yīng)合成得到的NNSH結(jié)晶 530g溶解在1000ml的二次蒸餾水中，配制成溫度為6(TC的NNSH飽和溶液。溶 液處理將上述飽和溶液經(jīng)過孔徑O. 15um的微孔濾膜過濾處理，并裝于體積IL
的玻璃廣口瓶中，整體容器置于60°c、溫度控制精度為士o.orc的恒溫生長(zhǎng)槽中。
NNSH晶體生長(zhǎng)選用自發(fā)結(jié)晶、尺寸為2x2xlmm綠色小晶體作為籽晶在飽 和溶液中進(jìn)行恒溫蒸發(fā)生長(zhǎng)，晶體正反向轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)量控 制晶體生長(zhǎng)速度為0. 5 1毫米/天，經(jīng)過15天的生長(zhǎng)周期得到15xl3x8腿3的綠 色NNSH單晶(圖5)。
權(quán)利要求
1、一種用于紫外光通帶的四水硫酸鎳鈉晶體，其特征在于，該晶體的分子式為Na2Ni(SO4)2·4H2O，分子量368.87，屬單斜晶系，空間群P21/c，晶胞參數(shù)β＝100.5010(10)°，z＝2，Dc＝2.482g·cm-3，晶體為綠色，溶于水，空氣中穩(wěn)定。
2、 一種權(quán)利要求1的四水硫酸鎳鈉晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于(1)生長(zhǎng)溶液的配制是采用分析純的Na2S04， NiSO,.6H20試劑，其摩爾比約 為l:l，在超純水或二次蒸餾水中進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)；(2 )生長(zhǎng)籽晶是按(1)中配制的飽和溶液自發(fā)結(jié)晶獲得；(3)晶體采用溶液蒸發(fā)法生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫區(qū)在60 7(TC之間，生長(zhǎng)溶液ra值 為5 5.5，晶體正反向轉(zhuǎn)速30~60轉(zhuǎn)/分，生長(zhǎng)速度為0.5~1毫米/天。
3、一種權(quán)利要求1的四水硫酸鎳鈉晶體的應(yīng)用，其特征在于該晶體用于紫外光通帶濾波器制作，其工作環(huán)境溫度從常溫至ll(TC溫度范圍內(nèi)。
全文摘要
新型紫外光通帶濾波器材料四水硫酸鎳鈉晶體，涉及光學(xué)與人工晶體材料。該晶體材料具有常規(guī)紫外晶體具有的紫外波段(～254nm)的高透過率，同時(shí)又具有很高的熱穩(wěn)定性能。該晶體分子式為Na<sub>2</sub>Ni(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O，分子量368.87，屬單斜晶系，空間群P2<sub>1</sub>/c，晶胞參數(shù)a＝5.5374(9)，b＝8.2022(13)，c＝11.0520(18)，β＝100.5010(10)°，v＝493.56(14)<sup>3</sup>，z＝2，Dc＝2.482g·cm<sup>-3</sup>。晶體為綠色，采用溶液蒸發(fā)法進(jìn)行生長(zhǎng)。該晶體材料的熱穩(wěn)定性比現(xiàn)有商業(yè)化晶體材料NSH、KNSH晶體更高，這有利于濾波器元件在特殊場(chǎng)合。
文檔編號(hào)C30B29/10GK101476159SQ20081007040
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者莊欣欣, 霞 王, 蘇根博, 賀友平, 鄭國(guó)宗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所