專利名稱：一種非線性光學(xué)晶體硼酸鉍鎘的制作方法
一種非線性光學(xué)晶體硼酸鉍鎘技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于非線性光學(xué)材料及其合成。
技術(shù)背景
非線性光學(xué)晶體，具有倍頻效應(yīng)(SHG)，在激光頻率轉(zhuǎn)換、電光調(diào)制、光折變信息處 理，非線性光學(xué)成像等高科技領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價(jià)值。非線性光學(xué)材料在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中， 特別是若干軍事和民用高科技領(lǐng)域中，例如潛艇深水通訊、激光致盲武器、海洋魚群探測(cè)、 光盤記錄、彩色激光打印、激光投影電視、光計(jì)算和光纖通訊等，都有一系列重要應(yīng)用。目前 實(shí)際應(yīng)用的非線性光學(xué)晶體包括 Li 05 (LBO)，β -BaB2O4 (BBO)，KH2PO4 (KDP)，KTiOPO4 (KTP)， LiNbO3(LNO)與BaTiO3(BTO)等。最近研究表明含孤對(duì)電子的鉍陽(yáng)離子與具有非心結(jié)構(gòu)的硼 酸鹽結(jié)合也可得到性能優(yōu)越的非線性光學(xué)材料，如BW3O6，BaBiBO4, Bi2SiOB2O6等。在探索 非線性光學(xué)材料中，我們從已知材料的結(jié)構(gòu)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)Ca4Man)0(BO3)3(A = Ca ;M = La,Nd, Sm, Gd，Er, and Y)這個(gè)系列的化合物空間群為Cm，屬于非心結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的非線性光學(xué) 性質(zhì)，我們希望通過(guò)用鉍取代該體系中的稀土元素，來(lái)增強(qiáng)材料的倍頻系數(shù)，得到了性能優(yōu) 越的新型非線性光學(xué)材料。有關(guān)這方面的研究尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于制備硼酸鉍鎘化合物。
本發(fā)明的目的之二在于制備硼酸鉍鎘單晶體。
本發(fā)明制備的硼酸鉍鎘化合物，其化學(xué)式為Cd4BiO(BO3)3，分子量為851. 05。
硼酸鉍鎘化合物采用高溫法合成。具體而言，按Cd Bi B的摩爾比為 4:1: 3，稱取CdO，Bi2O3與H3BO3研碎，混合均勻，放入鉬坩堝中，在箱式電阻爐中于800 至820°C反應(yīng)數(shù)小時(shí)，即可得到淺黃色多晶粉末，純度可達(dá)100%。
本發(fā)明制備的硼酸鉍鎘單晶體，其化學(xué)式為Cd4BiO(BO3)3，分子量為851. 05，屬單 斜晶系，空間群 Cm，單胞參數(shù)為 a = 8. 044 (2)，b = 15. 913(5)，c = 3. 4891(10) A, alpha = 90.00° ,beta = 100. 08(2) °，gamma = 90. 00°，V = 439. 7 (2) A3，Z = 2。它的結(jié)構(gòu)為由 CdO6和CdO7多面體通過(guò)兩兩共邊形成一個(gè)沿c方向的雙鏈，鏈和鏈在通過(guò)共頂點(diǎn)進(jìn)而形成 具有八元和四元隧道的三維結(jié)構(gòu)。Bl和Bi則位于由四個(gè)CdO6和四個(gè)CdO7多面體所圍成 的隧道當(dāng)中，而B2則位于由兩個(gè)CdO6和兩個(gè)CdO7多面體圍成四元環(huán)中。B原子都是三配 位的形成具有極性的平面三角形結(jié)構(gòu)，Bi原子由于孤對(duì)電子對(duì)其立體結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)而形成 具有不規(guī)則的八面體。值得注意的是結(jié)構(gòu)中的B203和BiO6兩個(gè)構(gòu)型的極性方向基本上是 一致，都是朝著a方向，這就對(duì)非線性光學(xué)性質(zhì)的起到了增強(qiáng)作用。
硼酸鉍鎘單晶體通過(guò)高溫法制備。具體而言，以CdO，Bi2O3與H3BO3為原料，混合 均勻研磨，預(yù)燒后研磨，然后再高溫900°恒溫，接著緩慢降溫，最后讓其自然冷卻到室溫， 獲得淺黃色透明的片狀晶體。
非線性光學(xué)測(cè)量表明，硼酸鉍鎘(Cd4BiO(BO3)3)具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性能，在31064nm激光照射下輸出很強(qiáng)的532nm綠光，其粉末SHG系數(shù)大致相當(dāng)于KDP的6倍。預(yù)期 在激光頻率轉(zhuǎn)換、電光調(diào)制、光折變信息處理等高科技領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價(jià)值。此類非線 性光學(xué)材料在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，特別是若干軍事和民用高科技領(lǐng)域中，例如潛艇深水通訊、 激光致盲武器、海洋魚群探測(cè)、光盤記錄、彩色激光打印、激光投影電視、光計(jì)算和光纖通訊 等，都有一系列重要應(yīng)用。


圖1.硼酸鉍鎘的沿c軸方向的結(jié)構(gòu)圖2.硼酸鉍鎘的純相粉末圖3.硼酸鉍鎘的紫外-可見吸收光譜圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1硼酸鉍鎘粉末制備
按Cd Bi B的摩爾比為4 1 3比例稱好的CdO，Bi2O3與H3BO3研磨、混合 均勻，放入Pt坩堝中，置于箱式電阻爐中，在820°C反應(yīng)M小時(shí)，即可得到產(chǎn)率為100%的 淺黃色粉末純相。
實(shí)施例2硼酸鉍鎘單晶體的制備
將按Cd Bi B的摩爾比為4 1 4比例稱好的CdO，Bi2O3與H3BO3W磨，混 合均勻，放入Pt坩堝中，放入箱式爐中在300°C預(yù)燒，研磨。最后在900°C恒溫10h，然后以 每小時(shí)3°C的速率降溫到600°C，然后再以每小時(shí)6°C的速率降至300°C，最后讓其自然冷卻 到室溫，在坩堝底部得到許多淺黃色透明的片狀晶體。對(duì)該晶體進(jìn)行了單晶X-射線衍射晶 體學(xué)分析知其為硼酸鉍鎘，其晶體學(xué)參數(shù)如上所述，結(jié)構(gòu)如附圖1所示。
權(quán)利要求
1.一種硼酸鉍鎘化合物，其化學(xué)式為Cd4BiO (BO3)3，分子量為851. 05。
2.—種權(quán)利要求1所述的硼酸鉍鎘化合物的制備方法，其特征在于采用高溫固相法 合成，采用Cd Bi B的摩爾比為4 1 3的混合物為原料，反應(yīng)溫度為800至820°C。
3.一種非線性光學(xué)晶體硼酸鉍鎘，其特征在于其化學(xué)式為Cd4BiO(BO3)3，分子量 為851.05，屬單斜晶系，空間群Cm，單胞參數(shù)為a = 8. 044(2), b = 15.913(5)，c = 3. 4891 (10) A, alpha = 90. 00° ,beta = 100. 08(2) °，gamma = 90. 00° ,V = 439. 7 (2) A3, Z = 2。
4.一種權(quán)利要求3所述的硼酸鉍鎘單晶體的制備方法，其特征在于以CdO，Bi2O3與 H3BO3為原料，研磨使其混合均勻，先低溫預(yù)燒，研磨，最后在900°C恒溫，然后以一定速率降 至室溫，獲得淺黃色透明晶體。
5.一種權(quán)利要求3的非線性光學(xué)晶體材料硼酸鉍鎘的用途，其特征在于該晶體用于 潛艇深水通訊、激光致盲武器、海洋魚群探測(cè)、光盤記錄、彩色激光打印、激光投影電視、光 計(jì)算或光纖通訊。
全文摘要
一種三色團(tuán)復(fù)合構(gòu)成的光學(xué)晶體硼酸鉍鎘，涉及非線性光學(xué)材料領(lǐng)域。硼酸鉍鎘，其化學(xué)式為Cd4BiO(BO3)3，分子量為851.05，屬單斜晶系，空間群Cm，單胞參數(shù)為a＝8.044(2)，b＝15.913(5)，c＝3.4891(10)alpha＝90.00°，beta＝100.08(2)°，gamma＝90.00°，V＝439.7(2)Z＝2。采用高溫固相法制備。硼酸鉍鎘具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性能，其粉末SHG系數(shù)相當(dāng)于KDP的六倍。
文檔編號(hào)G02F1/355GK102031562SQ20091011258
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者張煒龍, 程文旦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所