[發明專利]一種低溫下鈮酸鉀單晶的溫差水熱制備方法

在審

• 申請號: 202210625196.8
• 申請日: 2022-06-02
• 公開（公告）號: CN115110140A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王夢曄;何佳慶;高峰;林佳慧;劉芳艷;姚杉;劉佳雯;黃豐
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C30B7/10
• 分類號: C30B7/10;C30B29/30
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 范偉民

本發明屬于晶體生長技術領域，涉及鈮酸鉀單晶生長技術領域，具體涉及一種低溫下鈮酸鉀單晶的溫差水熱制備方法。為實現能夠在較低溫度下制備優質鈮酸鉀單晶，本發明先將碳酸鉀與氧化鈮通過高溫固相反應制成高純度的鈮酸鉀粉末，再壓片燒結成鈮酸鉀塊狀原料；然后將所得鈮酸鉀塊狀原料和礦化劑溶液加入水熱釜內襯中，并使鈮酸鉀籽晶通過銀絲懸掛在上部生長區，對水熱釜進行密封后通過控制溶解區與生長區的溫度，以及兩者之間的溫度差，經適當保溫后即可生長得到鈮酸鉀單晶。本發明通過一種可在低溫、近熱力學平衡下實現晶體生長的溫差水熱法，成功實現了優質鈮酸鉀單晶的制備。

技術領域

本發明屬于晶體生長技術領域，涉及鈮酸鉀單晶生長技術領域，具體涉及一種低溫下鈮酸鉀單晶的溫差水熱制備方法。

背景技術

鈮酸鉀(KNbO₃)是一種類鈣鈦礦型氧化物晶體，具有優異的鐵電性能、非線性光學性能、電光性能等，因此在無線通訊、激光倍頻、參量振蕩、電光調制等領域均具有良好的應用前景。而實現上述領域的實際應用需要發展優質晶體的生長技術，然而，高質量、大尺寸、單疇KNbO₃的單晶生長卻面臨著較大的難度。當前，KNbO₃晶體的生長方法主要包括提拉法和泡生法，這兩種方法都是從高溫下生長KNbO₃單晶，當從高溫降至室溫時，KNbO₃會經歷兩次結構相變，從而形成異常復雜的疇結構。由于疇壁離子受力不同而產生疇壁應力，這些疇壁應力往往會使室溫出爐的KNbO₃晶體產生嚴重開裂。因此，采用提拉法和泡生法生長出的KNbO₃單晶由于疇結構復雜且晶體開裂嚴重，導致其在實際應用方面相對落后。可見，發展優質單疇的KNbO₃單晶生長技術具有極其重要的意義。

晶體水熱生長法是一種低溫、近熱力學平衡狀態下的生長方法，晶體與周圍溶液的溫差可控制在0.01℃左右，因此在這種環境下生長所獲得的單晶晶格完整性高、本征熱缺陷濃度低、熱應力小、本征缺陷少，這一生長技術對KNbO₃等金屬氧化物半導體型晶體來說是尤為有利的。同時，由于目前已經有了發展成熟的工業級人造水晶生長的水熱釜及密封技術，在此基礎上去實行KNbO₃單晶的工業化生長也是具有很高的可行性的。因此，有必要研發一種水熱生長法來制備優質鈮酸鉀單晶。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種低溫下鈮酸鉀單晶的溫差水熱制備方法，通過一種可在低溫、近熱力學平衡下實現晶體生長的溫差水熱法，成功實現了優質鈮酸鉀單晶的制備。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現的：

本發明提供了一種低溫下鈮酸鉀單晶的溫差水熱制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1、將碳酸鉀與氧化鈮按照近化學計量比混合均勻，并通過高溫固相反應獲得高純度的鈮酸鉀粉末，最后對鈮酸鉀粉末進行壓片燒結得到鈮酸鉀塊狀原料；

S2、將步驟S1所得的鈮酸鉀塊狀原料放置于水熱釜內襯中，放入擋流板后再加入礦化劑溶液，使內襯中形成一定的填充度以滿足生長所需的高壓環境，并使鈮酸鉀籽晶通過銀絲懸掛在上部生長區，最后對水熱釜進行密封；

S3、將步驟S2所得密封水熱釜的溶解區和生長區溫度分別調控到250-300℃和220-280℃，經保溫后即可實現鈮酸鉀單晶的生長，最后冷卻至室溫，開釜即可獲得鈮酸鉀單晶晶粒。

優選地，步驟S3中，所述溶解區和生長區的升溫時間為5-20h，溶解區和生長區的溫度差為15-20℃。進一步地，所述溶解區和生長區的升溫時間為5h，溶解區和生長區的溫度差為20℃。

優選地，步驟S3中，所述保溫的時間為7-20天。進一步地，所述保溫的時間為7-14天。