[發明專利]三方相HgS非線性光學晶體的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110645842.2
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113355747A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 郭勝平;嚴梅;唐如玲
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C30B7/10;G02F1/355
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

三方相HgS非線性光學晶體的制備方法及其應用，屬于非線性光學材料技術領域，也涉及三方相HgS晶體的制備技術領域。將Na₂S·9H₂O和HgCl₂與去離子水混合進行水熱反應，待反應結束后過濾取得固相，經常溫干燥，得三方相HgS非線性光學晶體。本發明采用水熱反應具有一步反應的優點，且反應周期較短、產率可達85%以上。該三方相HgS非線性光學晶體可用于紅外波段的倍頻晶體，具有優異的紅外非線性光學性能，在波長2100 nm激光照射下，其倍頻效應為AGS的0.8倍，且能實現相位匹配。

技術領域

本發明屬于非線性光學材料技術領域，也涉及三方相HgS晶體的制備技術領域。

背景技術

紅外非線性光學晶體作為變頻晶體，可用于紅外遙感、氣體檢測、激光醫療、激光加工等民用、醫用、軍用領域。目前商業上廣泛使用的紅外非線性光學晶體材料有AgGaS₂（AGS）、AgGaSe₂（AGSe）、ZnGeP₂（ZGP），它們的優點是非線性光學系數大，但是缺點是抗激光損傷閾值低。因此，紅外非線性光學晶體材料的研究仍是非線性光學領域的重點和難點之一。其中，二元硫屬化合物相比三元及以上的硫屬化合物，具有結構簡單、合成便利等優點，引起了業內的注意。

HgS有三種晶相：三方相（P3₂21）、立方相（F-43m）、立方相（Fm-3m），且都結晶于非心空間群，可能具有非線性光學效應。其中，三方相HgS是低溫相，在升高溫度（300 ℃左右）和一定壓強下，會轉變成黑色立方相晶體。

三方相HgS晶體材料結晶于三方晶系P3₂21空間群，晶胞參數為a = b = 4.1433(2) ?, c = 9.4920(11) ?, α = β = 90°, γ = 120 °, 單胞體積為141.12(2) ?³, Z =1。汞原子和兩個硫原子相連，形成啞鈴狀HgS₂基團，HgS₂基團通過硫原子相連，沿c軸形成一維鏈狀結構。

根據文獻調研，有關于不同晶相的HgS在溫度、壓力作用下轉換，以及三方相HgS的其他性質和用途的文獻報道，但是至今沒有三方相HgS用于紅外非線性光學晶體材料的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三方相HgS非線性光學晶體的制備方法。

本發明技術方案是：將Na₂S·9H₂O和HgCl₂與去離子水混合進行水熱反應，待反應結束后過濾取得固相，經常溫干燥，得三方相HgS非線性光學晶體。

本發明以氯化汞（HgCl₂）為汞源，以九水硫化鈉（Na₂S·9H₂O）為硫源，以去離子水作為溶劑，采用水熱法制備，產率可達85 %以上。

本發明反應方程式為：Na₂S·9H₂O + HgCl₂ = HgS + 2NaCl + 9H₂O 。

現有技術中公開了三方相HgS的合成方法：將HgI粉末溶于K₂S水溶液，得到立方相HgS晶體；再將立方相HgS晶體置于K₂S水溶液中數周，得到三方相HgS晶體。與此相比，本發明采用水熱反應具有一步反應的優點，且反應周期較短、產率提高。

本發明的優點：