專利名稱：一種無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料碘硼酸鉛晶體及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明既屬于無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域也屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，它涉及一種無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料晶體的結(jié)構(gòu)與制備方法，同時(shí)還涉及該晶體在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
激光出現(xiàn)之前的光學(xué)基本上是研究弱光束在介質(zhì)中傳播，其反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象都遵守波的線性疊加原理，稱之為線性光學(xué)效應(yīng)。但在強(qiáng)激光作用下，上述現(xiàn)象不再滿足波的疊加原理，并出現(xiàn)許多新現(xiàn)象，如諧波的產(chǎn)生、光參量振蕩以及四波混頻和光雙穩(wěn)等，這些現(xiàn)象則是非線性光學(xué)(non-linearoptical，簡(jiǎn)寫NL0)效應(yīng)。非線性光學(xué)晶體已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用及軍用高科技領(lǐng)域，如激光倍頻、影視、印刷等現(xiàn)代激光技術(shù)，光通訊及信號(hào)處理，信息儲(chǔ)存，軍用光學(xué)限制器等。目前實(shí)際應(yīng)用的非線性光學(xué)晶體主要是一些無(wú)機(jī)硼酸鹽或磷酸鹽化合物，例如 LiB3O5 (LBO)，β -BaB2O4 (BBO)，KH2PO4 (KDP)，KTiOPO4 (KTP)等。 這些無(wú)機(jī)非線性光學(xué)晶體一般具有穩(wěn)定性好、結(jié)晶性好、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，對(duì)更大倍頻系數(shù)材料的需要越來(lái)越緊迫。研究表明，除了畸變的BO4四面體及BO3H 角形是優(yōu)良非線性光學(xué)材料的構(gòu)建單元外，含s軌道孤對(duì)電子的陽(yáng)離子，如I^b2+、Bi3+、Te4+、 I5+等，很容易與氧形成非對(duì)稱性的多面體結(jié)構(gòu)單元，從而導(dǎo)致材料的宏觀極性以及非線性光學(xué)效應(yīng)。我們希望比氧離子半徑更大的鹵素離子，特別是Γ離子與含孤對(duì)電子的陽(yáng)離子作用更有利于增強(qiáng)材料的倍頻系數(shù)，再與硼氧基團(tuán)結(jié)合得到性能優(yōu)越的新型非線性光學(xué)材料。有關(guān)這方面的研究目前尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用自助熔法一步反應(yīng)制備一種無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料碘硼酸鉛晶體。碘硼酸鉛的化學(xué)式為I^b2B5O9I,分子量為739. 35，屬正交晶系，空間群Prm2，單胞參數(shù)為 a = 11. 561(4) A，b = 11. 700(4) A, c = 6. 524(2) A, alpha = 90°，beta = 90°， gamma = 90°，V = 882. 5 (5) k\ Z = 4。該化合物的晶體結(jié)構(gòu)由3個(gè)晶體學(xué)獨(dú)立的BO4四面體(扭曲)與2個(gè)晶體學(xué)獨(dú)立的BO3三角形(扭曲)構(gòu)成^O9的基本結(jié)構(gòu)單元，其中BO4 四面體共頂點(diǎn)連接成沿c軸伸展的一維鏈，再由BO3三角形在a、b方向共頂點(diǎn)連接構(gòu)成含較大通道的三維網(wǎng)絡(luò)；1 2+及Γ離子分別填在通道的四周及中心。碘硼酸鉛晶體采用自助熔法一步合成以氧化鉛、碘化鉛及氧化硼為原料，摩爾比在PbO PbI B2O3 = 3 1 5的基礎(chǔ)上將PbO與化03過(guò)量50-150%作為自助熔劑，混合物置于真空密封的容器中，在700-900°C保溫5-4 后以小于10°C /h的速度緩慢降至室溫得到終產(chǎn)物碘硼酸鉛晶體。非線性光學(xué)測(cè)量表明，碘硼酸鉛具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性能，在1064nm激光照射下輸出很強(qiáng)的532nm綠光，其粉末倍頻效應(yīng)(SHG)系數(shù)為KTP的1. 4倍。該非線性光學(xué)晶體材料預(yù)期在現(xiàn)代激光、信息通訊以及軍事武器等高科技領(lǐng)域，例如激光倍頻、激光影視、 激光印刷、光通訊、光信號(hào)處理、信息儲(chǔ)存、激光致盲武器等，有著重要應(yīng)用價(jià)值。


圖1.碘硼酸鉛的單胞結(jié)構(gòu)2.碘硼酸鉛的X-射線粉末衍射3.碘硼酸鉛SHG測(cè)試樣品的掃描電鏡圖
具體實(shí)施方案1)在空氣中稱量，取0. 84mmol的氧化鉛(0. 187g)、0. 12mmol的碘化鉛(0. 055g) 和l.OSmmol的氧化硼(0. 075g)混合研磨后置于一端封口的石英管中；2)將以上裝樣石英管連接到真空線上抽真空封管(真空度< IOPa)；3)將密封石英管置于管式電阻爐中加熱，于750°C保溫24h后以5°C /h的速度降至室溫。開(kāi)管可見(jiàn)管壁附著或底部熔融狀黃色玻璃體中嵌有無(wú)色或淺黃色透明柱狀晶體， 即為碘硼酸鉛晶體。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料碘硼酸鉛晶體，其特征在于其化學(xué)式為I^b2B5O9I,分子量為739. 35，屬正交晶系，空間群洵112，單胞參數(shù)為a = 11.561(4) A, b = 11.700(4) A, c = 6. 524(2) A, alpha = 90°，beta = 90°，gamma = 90°，V = 882. 5 (5) A3, Z = 4。
2.按權(quán)利要求1所述的碘硼酸鉛晶體的制備方法，其特征在于以氧化鉛、碘化鉛及氧化硼為原料，摩爾比在PbO PbI B2O3 = 3 1 5的基礎(chǔ)上將PbO與化03過(guò)量50-150% 作為自助熔劑，混合物置于真空密封的容器中，在700-900°C保溫5-4 后以小于10°C /h 的速度緩慢降至室溫得到終產(chǎn)物碘硼酸鉛晶體。
3.按權(quán)利要求1所述的碘硼酸鉛晶體的用途，其特征在于該晶體用于激光倍頻、激光影視、激光印刷、光通訊、光信號(hào)處理、信息儲(chǔ)存、激光致盲武器。
全文摘要
一種無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料碘硼酸鉛晶體及其制備方法和用途，既屬于無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域也屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。碘硼酸鉛的化學(xué)式為Pb2B5O9I，分子量為739.35，屬正交晶系，空間群Pnn2，單胞參數(shù)為alpha＝90°，beta＝90°，gamma＝90°，Z＝4。碘硼酸鉛晶體采用自助熔法一步合成以氧化鉛、碘化鉛及氧化硼為原料，摩爾比在PbO∶PbI∶B2O3＝3∶1∶5的基礎(chǔ)上將PbO與B2O3過(guò)量50-150％作為自助熔劑，混合物置于真空密封的容器中，在700-900℃保溫5-48h后以小于10℃/h的速度緩慢降至室溫得到終產(chǎn)物碘硼酸鉛晶體。該晶體具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性能，其粉末倍頻效應(yīng)(SHG)系數(shù)為KTP的1.4倍。
文檔編號(hào)C30B29/12GK102191544SQ20101011635
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者吳新濤, 吳立明, 陳玲, 黃一枝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所