[發明專利]一種無機非線性光學材料碘硼酸鉛晶體及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201010116351.0
• 申請日: 2010-03-02
• 公開（公告）號: CN102191544A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 陳玲;黃一枝;吳新濤;吳立明
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B9/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明既屬于無機化學領域也屬于材料科學領域，它涉及一種無機非線性光學材料晶體的結構與制備方法，同時還涉及該晶體在高科技領域的應用。

背景技術

激光出現之前的光學基本上是研究弱光束在介質中傳播，其反射、折射、干涉和衍射等現象都遵守波的線性疊加原理，稱之為線性光學效應。但在強激光作用下，上述現象不再滿足波的疊加原理，并出現許多新現象，如諧波的產生、光參量振蕩以及四波混頻和光雙穩等，這些現象則是非線性光學(non-linearoptical，簡寫NLO)效應。非線性光學晶體已經廣泛應用于民用及軍用高科技領域，如激光倍頻、影視、印刷等現代激光技術，光通訊及信號處理，信息儲存，軍用光學限制器等。目前實際應用的非線性光學晶體主要是一些無機硼酸鹽或磷酸鹽化合物，例如LiB₃O₅(LBO)，β-BaB₂O₄(BBO)，KH₂PO₄(KDP)，KTiOPO₄(KTP)等。這些無機非線性光學晶體一般具有穩定性好、結晶性好、實用性強等優點，但隨著科學技術發展，對更大倍頻系數材料的需要越來越緊迫。研究表明，除了畸變的BO₄四面體及BO₃三角形是優良非線性光學材料的構建單元外，含s軌道孤對電子的陽離子，如Pb²⁺、Bi³⁺、Te⁴⁺、I⁵⁺等，很容易與氧形成非對稱性的多面體結構單元，從而導致材料的宏觀極性以及非線性光學效應。我們希望比氧離子半徑更大的鹵素離子，特別是I^-離子與含孤對電子的陽離子作用更有利于增強材料的倍頻系數，再與硼氧基團結合得到性能優越的新型非線性光學材料。有關這方面的研究目前尚無文獻報道。

發明內容

本發明的目的在于利用自助熔法一步反應制備一種無機非線性光學材料碘硼酸鉛晶體。

碘硼酸鉛的化學式為Pb₂B₅O₉I，分子量為739.35，屬正交晶系，空間群Pnn2，單胞參數為a＝11.561(4)b＝11.700(4)c＝6.524(2)alpha＝90°，beta＝90°，gamma＝90°，V＝882.5(5)Z＝4。該化合物的晶體結構由3個晶體學獨立的BO₄四面體(扭曲)與2個晶體學獨立的BO₃三角形(扭曲)構成B₅O₉的基本結構單元，其中BO₄四面體共頂點連接成沿c軸伸展的一維鏈，再由BO₃三角形在a、b方向共頂點連接構成含較大通道的三維網絡；Pb²⁺及I^-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的基礎上將PbO與B₂O₃過量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物碘硼酸鉛晶體。

非線性光學測量表明，碘硼酸鉛具有優良的非線性光學性能，在1064nm激光照射下輸出很強的532nm綠光，其粉末倍頻效應(SHG)系數為KTP的1.4倍。該非線性光學晶體材料預期在現代激光、信息通訊以及軍事武器等高科技領域，例如激光倍頻、激光影視、激光印刷、光通訊、光信號處理、信息儲存、激光致盲武器等，有著重要應用價值。

附圖說明

圖1.碘硼酸鉛的單胞結構圖

圖2.碘硼酸鉛的X-射線粉末衍射圖

圖3.碘硼酸鉛SHG測試樣品的掃描電鏡圖

具體實施方案

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1.08mmol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＜10Pa)；

3)將密封石英管置于管式電阻爐中加熱，于750℃保溫24h后以5℃/h的速度降至室溫。開管可見管壁附著或底部熔融狀黃色玻璃體中嵌有無色或淺黃色透明柱狀晶體，即為碘硼酸鉛晶體。