一種抗潮解的太赫茲非線性光學(xué)晶體4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶2-氨基-5-甲 ...的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種非線性光學(xué)晶體材料4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶2-氨基-5-甲基苯磺酸鹽及其制備和應(yīng)用，屬于功能材料領(lǐng)域，其分子式為C23H27N3O3S，三斜晶系，P1空間群，其晶胞參數(shù)為a＝7.2651(6)，b＝8.983(2)，c＝10.1090(15)，α＝97.82(8)°，β＝110.42(5)°，γ＝112.30(6)°，V＝543.92(54)3，Z＝4。該晶體的非線性倍頻系數(shù)約為DAST的0.83倍。更重要的是，該晶體材料在水中結(jié)晶后不會出現(xiàn)結(jié)晶水，具有良好的抗潮解的性能，克服了DAST晶體的易潮解的缺點(diǎn)，作為太赫茲輻射源晶體材料具有潛在的使用價值。
【專利說明】一種抗潮解的太赫茲非線性光學(xué)晶體4-(4-二甲基氨基苯 乙烯基）甲基吡啶2-氨基-5-甲基苯磺酸鹽

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)功能材料領(lǐng)域，具體涉及非線性光學(xué)晶體4-(4-二甲基氨基苯乙 烯基）甲基吡啶2-氨基-5-甲基苯磺酸鹽的制備、以及其作為潛在的非線性光學(xué)晶體材料 和太赫茲輻射源晶體的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] THz波及其相關(guān)技術(shù)作為當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的前沿研究領(lǐng)域，已經(jīng)受到國內(nèi)外的高度 重視，尤其是發(fā)達(dá)國家已經(jīng)投入大量精力開展研究工作，包括THz輻射源、THz接收/監(jiān)測 器以及THz綜合系統(tǒng)的構(gòu)建等方面。在THz及其相關(guān)技術(shù)的研究中，輻射源是最基本、最 關(guān)鍵和最急迫的問題。研制出高功率、高能量、高效率且能在室溫下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、寬帶可調(diào)的 THz輻射源，并能將其方便、靈活地運(yùn)用于科研工作和實(shí)際生活中，已經(jīng)成為目前科研工作 者追求的目標(biāo)和迫切需要解決的實(shí)際問題。利用非線性光學(xué)方法可以產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)諧的單 頻THz波輻射，具有較高的輸出功率和工作效率。選擇并制備性能優(yōu)異的非線性光學(xué)（NLO) 晶體是采用非線性光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)THz波輻射的關(guān)鍵技術(shù)。4-(4-二甲基氨基苯乙烯基）甲 基吡啶對甲基苯磺酸（即DAST)晶體，具有非常高的NLO系數(shù)和電光系數(shù)，是目前在THz波 輻射和電光取樣法中獲得了廣泛應(yīng)用的一種有機(jī)晶體。另外該晶體的介電常數(shù)比較低，具 有較長相干度和寬的相應(yīng)時間，也非常有利于作為輻射源產(chǎn)生THz波。測試結(jié)果表明：在 0. 2 - 20THz頻率范圍內(nèi)DAST可實(shí)現(xiàn)高功率脈沖能量輸出；在7 - 20THz范圍內(nèi)可產(chǎn)生六 倍于ZnTe的脈沖波，約為GaAs和InP的42倍，比LiTaO3晶體大185倍，是迄今為止THz 轉(zhuǎn)換效率最高的NLO晶體。
[0003] DAST晶體引起了國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注，包括瑞士、美國、日本等多個國 家的研究機(jī)構(gòu)均對該晶體開展了大量研究。但是，DAST晶體存在一個致命的缺陷：晶體容 易吸潮，具體就是當(dāng)DAST晶體在空氣中暴露一段時間后，就會形成結(jié)晶水，從而降低晶體 器件的穩(wěn)定性和工作效率，甚至使DAST晶體失效。這一缺陷同時使得在生長大尺寸DAST 晶體時，必須嚴(yán)格控制溶劑中的含水量還影響，導(dǎo)致了苛刻的生長條件。因此，利用分子工 程和晶體工程的方法，設(shè)計(jì)出具有抗潮解性能的DAST衍生物晶體具有重要的研究價值和 潛在的應(yīng)用價值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于公開一種抗潮解的非線性光學(xué)晶體4-(4-二甲基氨基苯乙烯 基）甲基吡啶2-氨基-5-甲基苯磺酸鹽的制備、以及其作為的非線性光學(xué)晶體材料和太赫 茲輻射源材料的潛在應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明所提供的有機(jī)非線性光學(xué)晶體4-(4-二甲基氨基苯乙烯基）甲基吡啶 2_氨基-5-甲基苯磺酸鹽，其分子結(jié)構(gòu)示意圖如下：
[0006]

【權(quán)利要求】
1. 非線性光學(xué)晶體4-(4-二甲基氨基苯乙烯基）甲基吡啶2-氨基-5-甲基 苯磺酸鹽，其特征在于：分子式為C23H 27N3O3S,三斜晶系，Pl空間群，其晶胞參數(shù)為 u = 7.2651(6)A，^ = 8.983(2) A，C= 10.1090(15)Α，α = 97.82(8) 。，β = 110.42(5)° , y =112.30(6)° , F= 543.92(54) A% Z = 4〇
2. 權(quán)利要求I所述非線性光學(xué)晶體的合成方法，其特征在于，首先，將4-甲基吡啶和碘 甲烷按照1:1的摩爾比例在甲醇中反應(yīng)2小時，溶液蒸干，有淡黃色晶體產(chǎn)生，用乙醇沖洗 后，得到白色的N-甲基-4-甲基吡啶碘鹽；其次，將N-甲基-4-甲基吡啶碘鹽和4-二甲基 氨基苯甲醛按照1:1的摩爾比例加入到甲醇中溶解，并倒入三角燒瓶中攪拌，加入一定量 的哌啶作為催化劑，在80°C條件下回流24小時，得到深紅色溶液，將溶液蒸干后，重結(jié)晶， 得到高純的4-(4-二甲基氨基苯乙烯基）甲基吡啶碘鹽的固體。最后，將4-(4-二甲基氨基 苯乙烯基）甲基吡啶碘化鹽和過量的2-氨基-5-甲基苯磺酸銨進(jìn)行離子交換反應(yīng)，加熱除 去碘化銨后，靜置，冷卻，結(jié)晶，獲得4- (4-二甲基氨基苯乙烯基）甲基吡啶2-氨基-5-甲 基苯磺酸鹽晶體。
3. 權(quán)利要求1所述的或者權(quán)利要求2所述的方法得到的非線性光學(xué)晶體作為非線性光 學(xué)器件的應(yīng)用。
4. 如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于：所述非線性光學(xué)晶體應(yīng)用于波段在 800-2100nm范圍內(nèi)的非線性光學(xué)器件。
5. 權(quán)利要求1所述的或者權(quán)利要求2所述的方法得到的非線性光學(xué)晶體作為太赫茲輻 射源光學(xué)器件的應(yīng)用。
【文檔編號】C30B7/06GK104389023SQ201410693625
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】羅軍華, 陳天亮, 孫志華 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所