專利名稱：一種用于紫外光帶通濾波器的六水硫酸鎳銣晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)與人工晶體材料。
背景技術(shù)：
作為紫外光濾波器的六水硫酸鎳(NiS04. 6&0簡(jiǎn)稱NSH)是一種優(yōu)良的 晶體材料，已廣泛應(yīng)用于光譜、激光技術(shù)作為紫外帶通濾波器和傳感器 (Norsingh et. al. crystal for ultraviolet light filter united states patent 5788765， Aug, 4， 1998)。 NSH晶體在紫外波段(254nm)附近有很高的透 過(guò)率(88-90%),而除此之外的波段呈現(xiàn)高吸收的特征。相比較于其它種類的紫 外濾波片，例如1、著色玻璃；2、明膠濾光片；3、溶液濾光片；4、干涉濾光 片等，晶體材料NSH的紫外透過(guò)率更高，使用壽命長(zhǎng)，制作和使用方便，且作 為無(wú)機(jī)材料，與有機(jī)類濾光片對(duì)比，具有不受紫外線輻射損傷的特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué) 檢測(cè)、軍事探測(cè)方面有其不可替代的應(yīng)用價(jià)值。但NSH材料的熱穩(wěn)定性較低， 僅為73。C，在沙漠、赤道海洋等高溫地域的應(yīng)用則受到某種程度上的限制。
根據(jù)分子組成、晶體結(jié)構(gòu)與紫外-近紅外光譜性能的分析研究，我們?cè)O(shè)計(jì)一 種新的紫外光帶通濾波器晶體材料-六水硫酸鎳銣Rb2Ni (S0》2 6H20 (簡(jiǎn)稱 RNSH)。 RNSH最大的特點(diǎn)是具有較高的熱穩(wěn)定性。作為一種新的復(fù)合絡(luò)合物，目 前國(guó)內(nèi)外尚未有RNSH晶體生長(zhǎng)、單晶結(jié)構(gòu)、光譜與熱學(xué)性能等報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)并研制出一種新的紫外光濾波器晶體材料，該材料 具有NSH晶體紫外波段(-254nm)高透過(guò)率的特征，而材料的熱穩(wěn)定性能更好， 脫水溫度超過(guò)100°C。六水硫酸鎳銣晶體的化學(xué)式為Rb2Ni(S04)2 6H20 (簡(jiǎn)稱RNSH)。 RNSH的合 成方法采用國(guó)產(chǎn)分析純摩爾比1:1的RbzS04和NiS04 6H20試劑在二次蒸餾水中 加熱攪拌溶解后冷卻得到藍(lán)綠色透明的RNSH結(jié)晶。其復(fù)合反應(yīng)式為 Rb2S04+NiS04 6H20— Rb2Ni(S04)2 6H20-------- (1)
RNSH晶體結(jié)構(gòu)用CAD-4型X射線四圓衍射儀測(cè)定，確定該晶體的化學(xué)式為 所設(shè)計(jì)合成的Rb2Ni(S04)2. '6HA分子量為529.87，屬單斜晶系，空間群為 P21/c，晶胞參數(shù)&=6.2209(2)人，b=12. 4082(3)A， c=9. 1364(1)A, a = Y=90。， P =106. 055(2" ， V=677. 73(3)A3， Z=2， Dc= 2. 596g/cm3， RNSH的分子結(jié)構(gòu)和 單晶結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖l和圖2
根據(jù)RNSH在水中的溶解度實(shí)驗(yàn)表明可用水溶液蒸發(fā)法或降溫法生長(zhǎng)RNSH 晶體，我們采用降溫法生長(zhǎng)RNSH晶體。
(1) RNSH晶體生長(zhǎng)溶液配制按復(fù)合反應(yīng)式(l)合成的RNSH結(jié)晶用二次蒸餾 水重結(jié)晶，供干后作為晶體生長(zhǎng)的原料，配置飽和溫度在50-60。C區(qū)間、溶液體 積為500-lOOOml的飽和溶液，經(jīng)過(guò)O. 15(im孔徑的濾膜過(guò)濾，在高于飽和溫度 5-10。C過(guò)熱溶液，后緩慢降溫到高于飽和溫度1-2°C的溫度，溶液的PH值范圍 在2-3。
(2)降溫法生長(zhǎng)RNSH晶體采用飽和溶液中自發(fā)結(jié)晶透明完整的小晶體 作為籽晶，在50-60°C預(yù)熱后放入(1)中配制的RNSH飽和溶液中進(jìn)行生長(zhǎng)，生 長(zhǎng)溶液的溫度控制精度在0. 01-0. 02°C，晶體的正反轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-60轉(zhuǎn)/分。 通過(guò)生長(zhǎng)溶液降溫量控制晶體的生長(zhǎng)速度，約l-3毫米/天。當(dāng)晶體生長(zhǎng)到所要 求的尺寸后將晶體提出液面，通過(guò)自然降溫退火到室溫后取出。
RNSH晶體的透過(guò)光譜用PE-Lambda900分光光度計(jì)測(cè)量，波長(zhǎng)范圍從紫外 190nm到近紅外1100nm，測(cè)試樣品為NSH和RNSH晶體，厚度均為1. l咖，透過(guò)光譜(見(jiàn)圖3)可看到它們?cè)?54mn紫外區(qū)具有較高的透過(guò)率和窄的透過(guò)波段， RNSH晶體對(duì)可見(jiàn)和紅外的光吸收效果與NSH類似，適合作為紫外通帶濾波器。
RNSH晶體的熱重分析用DELTA SERIES TGA7熱重分析儀測(cè)量RNSH和NSH 晶體的熱重曲線，測(cè)量結(jié)果RNSH和NSH的開(kāi)始脫水溫度分別為100. 5°C和73。C， 說(shuō)明RNSH晶體的熱穩(wěn)定性優(yōu)于NSH晶體(見(jiàn)圖4)。
該發(fā)明與背景技術(shù)相比所具有的有益效果是與目前廣泛應(yīng)用的紫外光濾 波器材料NSH晶體相比，作為紫外帶通濾波器的效果與NSH晶體效果相當(dāng)，完 全可用于獲得純凈的紫外光源，RNSH晶體的熱穩(wěn)定性優(yōu)于NSH晶體，這對(duì)濾波 器元件的應(yīng)用更為有利。
圖1 RNSH分子結(jié)構(gòu)；圖2 RNSH晶體的單胞結(jié)構(gòu)；圖3兩種材料透過(guò)光譜 比較l:NSH 2: RNSH;圖4兩種材料熱重分析比較l:NSH 2: RNSH;圖5 RNSH 晶體。
具體實(shí)施例方式
原料采用國(guó)產(chǎn)分析純的RbS04和NiS04'6H20商品試劑，克分子比l:l，溶 解于二次蒸餾水，降溫獲得藍(lán)綠色透明的RNSH結(jié)晶作為RNSH晶體生長(zhǎng)的原料。
飽和溶液的配制將上述原料配制500ml飽和溫度為50°C的飽和溶液，PH 為2. 5，用0. 15|am的微孔濾膜過(guò)濾溶液，在55°C過(guò)熱溶液10小時(shí)后自然降溫 到50°C。
RNSH晶體的生長(zhǎng)采用降溫法生長(zhǎng)RNSH晶體，用自發(fā)結(jié)晶2mm大小的晶體 為籽晶，在上述過(guò)飽和溶液中通過(guò)調(diào)整溶液的降溫量，控制晶體的生長(zhǎng)速度約 2mm/天，溫度控制精度為士0.01。C，晶體的正反轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30轉(zhuǎn)/分。經(jīng)過(guò)15天 生長(zhǎng)周期得到2. 5cm的藍(lán)綠色晶體。
權(quán)利要求
1. 一種用于紫外光帶通濾波器的六水硫酸鎳銣晶體，其特征在于晶體的分子式為Rb2Ni(SO4)2·6H2O，分子量為529.87，屬單斜晶系，空間群為P21/c，晶胞參數(shù)α＝γ＝90°，β＝106.055(2)°，Z＝2，Dc＝2.596g/cm3，晶體為藍(lán)綠色，溶于水。
2. —種權(quán)利要求1的六水硫酸鎳銣晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于(1)生長(zhǎng) 溶液的配制是采用摩爾比約為1: 1的Rb2S(X和NiS04. 6H20作為原料在水中進(jìn) 行復(fù)合反應(yīng)合成的；(2)晶體采用溶液降溫法進(jìn)行生長(zhǎng)，生長(zhǎng)起始溫度在50-60 °C范圍之間，生長(zhǎng)溶液的PH值為2-3，晶體平均生長(zhǎng)速度通過(guò)降溫量控制在1-3 毫米/天，晶體的正反轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-60轉(zhuǎn)/分。
3. —種權(quán)利要求1的六水硫酸鎳銣晶體的應(yīng)用，其特征在于該晶體材料用 于紫外光帶通濾波器的制作。
全文摘要
一種用于紫外光帶通濾波器的六水硫酸鎳銣晶體，涉及光學(xué)與人工晶體材料。該晶體的分子式為Rb<sub>2</sub>Ni(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O，分子量為529.87，屬單斜晶系，空間群為P21/c，晶胞參數(shù)a＝6.2209(2)，b＝12.4082(3)，c＝9.1364(1)，α＝γ＝90°，β＝106.055(2)°，V＝677.73(3)<sup>3</sup>，Z＝2，Dc＝2.596g/cm<sup>3</sup>，晶體為藍(lán)綠色，溶于水。晶體采用溶液降溫法進(jìn)行生長(zhǎng)。該晶體可用于紫外光帶通濾波器的制作，作為紫外帶通濾波器的效果與NSH晶體效果相當(dāng)，可用于獲得純凈的紫外光源；而且熱穩(wěn)定性優(yōu)于NSH晶體，對(duì)濾波器元件的應(yīng)用更為有利。
文檔編號(hào)C30B29/46GK101476158SQ20081007040
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者莊欣欣, 霞 王, 蘇根博, 賀友平, 鄭國(guó)宗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所