[發明專利]一種硅硼酸鋱磁光晶體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410295002.8
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN105220231B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 李如康;陳鵬允
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B15/00;C30B9/12;G02F1/09
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,楊青

技術領域

本發明屬于磁光晶體制備技術領域，具體地，本發明涉及了一種硅硼酸鋱磁光晶體及其制備方法和應用。

背景技術

自20世紀60年代以來，磁光材料由于其自身優良的磁光效應而一直是世界各國科學家研究的熱點，被廣泛用作磁光調制器、磁光傳感器、磁光隔離器和磁光開關等，是一種極其重要材料。

磁光材料既可以是磁光玻璃，也可以是磁光晶體。雖然磁光玻璃的應用很廣泛，但是其Verdet常數不大，無法同商業的磁光晶體相比。商業化的磁光晶體主要有兩種：第一種是釔鐵石榴石(YIG)，其只能應用于紅外波段，無法應用于可見波段；第二種是鋱鎵石榴石(TGG)，其在633nm的Verdet常數只有-134rad/m.T，仍不是很大，而且在TGG的生長過程中，組分之一的氧化鎵(Ga₂O₃)易揮發，所以很難得獲得品質優良的TGG晶體。此外，TGG晶體的原料很昂貴，也導致了其成本較高。

基于上述磁光材料的不足，我們把重點關注在了磷灰石型稀土硅酸鹽(apatite)，這是由于apatite中的稀土含量較高，并且結構屬于六方晶系同時含有對稱中心。Ln₅Si₂BO₁₃的多晶粉末(Ln＝La,Pr,Nd,Sm-Gd,Dy)已有報道(S.Asiri Naidu,U.V.Varadaraju,B.Raveau,Journal of Solid State Chemistry183(2010)1847–1852)。但Ln₅Si₂BO₁₃的單晶尚未報道。

發明內容

本發明的目的在，提供了一種硅硼酸鋱磁光晶體及其制備方法和應用，該磁光晶體可用于可見近紅外波段，透過范圍寬(500～1500nm)，633nm的Verdet常數為-190rad/m.T。

為達到上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種硅硼酸鋱磁光晶體，所述硅硼酸鋱的化學式是Tb₅Si₂BO₁₃(簡寫為TSBO)，所述硅硼酸鋱晶體屬六方晶系，空間群是P6₃/m，晶胞參數為：a＝0.92569(10)nm，c＝0.68297(12)nm，Z＝2。

本發明所述晶體在500～1500nm波段具有90％以上的透過率。

本發明所述晶體在波長為633nm光時，其Verdet常數為-190rad/m.T。

本發明還提供一種硅硼酸鋱磁光晶體的制備方法，所述方法采用助熔劑法或者熔體提拉法生長晶體。

進一步地，所述助溶劑法生長晶體的步驟包括：

將含Tb的化合物：含Si的化合物：含B的化合物：含Pb的化合物按照Tb：Si：B：Pb元素摩爾比為5：2～5：5～10：50～80的比例均勻混合研磨，裝入鉑坩堝，升溫至1100～1200℃，保溫24h，然后5～10℃/h的速度降至室溫，得到硅硼酸鋱磁光晶體。

進一步地，所述熔體提拉法生長晶體的步驟包括：

1)將含Tb的化合物：含Si的化合物：含B的化合物按照Tb：Si：B元素摩爾比為5～8：1～1.5：2～4的比例混合研磨，裝入鉑坩堝中，放入硅鉬棒爐中燒至1200℃，得到生長所需的原料；

2)將生長所需的原料裝入銥坩堝中，放入提拉爐中，并充入高純N₂保護，加熱至熔融，攪拌24～48小時，在混合熔體溫度高于飽和點溫度1～5℃時，將末端裝有籽晶的籽晶桿從生長爐內放入，使其接觸熔液表面或者使其伸入到熔體內；

3)下籽晶10～60分鐘后，將溫度降至飽和點溫度，同時以30～120轉/分的旋轉速率旋轉籽晶桿，然后以1～5℃/天的速率降溫，以0.02～0.5mm/h的提拉速度提拉，待晶體長到毫米級尺寸時，將晶體提離液面，以2～100℃/h的速率降至室溫，得到硅硼酸鋱磁光晶體。

優選地，所述含Tb的化合物為鋱的氧化物、鋱的硝酸鹽、鋱的硫酸鹽和鋱的鹵化物中的一種。本領域技術人員還可以根據實際需要，選擇含鋱的其他化合物。

優選地，所述含B的化合物為硼酸或氧化硼。本領域技術人員還可以根據實際需要，選擇含硼的其他化合物。

優選地，所述含Si的化合物為硅的氧化物、硅的氫氧化物、單質硅、硅的有機酯和硅的鹵化物中的一種。本領域技術人員還可以根據實際需要，選擇含硅的其他化合物。