非线性光学晶体碘酸铋铷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种无机晶体化合物Rb2BiI5O15及其制备方法和作为二阶非线性光学晶体材料的应用。该材料的突出特点是：首次以RbIO4、RbCl、Bi2O3和H5IO6为起始反应物，采用水热法进行制备；有较强的可相位匹配的二阶非线性光学效应；在可见光区和中红外光区有很大的透光窗口；具有较大的带隙和热稳定性；合成方法操作简单、原料利用率高、实验条件温和、产品纯度高；该晶体材料能广泛应用于光学领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机晶体化合物及其制备方法和应用，属于无机化学领域，也属于材料科学领域和光学领域。
技术介绍
非线性光学效应起源于激光与介质的相互作用。当激光在具有非零二阶极化率的介质中传播时，会产生倍频、和频、差频、光参量放大等非线性光学效应。利用晶体的二阶非线性光学效应，可以制成二次谐波发生器、频率转换器、光学参量振荡器等非线性光学器件，在激光技术、大气监测和国防军事等众多领域，都有着重要的应用价值。无机非线性光学材料在二阶非线性光学材料的实用化研究中居主导地位。依据透光波段和适用范围，无机二阶非线性光学晶体材料可分为紫外光区非线性光学材料、可见光区非线性光学材料和红外光区非线性光学材料。目前已投入实用的紫外及可见光区的无机非线性光学材料有β-偏硼酸钡（BBO）、硼酸锂（LBO）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸钛氧钾（KTP）等，基本可以满足大多数实用的要求。但对于红外非线性光学材料来讲，离实用还有差距。原因在于现有的红外二阶非线性光学晶体材料，如AgGaS2、AgGaSe2和ZnGeP2等晶体，虽然具有很大的二阶非线性光学系数，在红外光区也有很宽的透过范围，但合成条件苛刻，不容易生长光学质量高的大单晶，特别是损伤阈值较低，因而不能满足二阶非线性光学晶体材料的实用化要求。而实现红外激光的频率转换又在国民经济、国防军事等领域有着重要的价值，如实现连续可调的分子光谱，拓宽激光辐射波长的范围，开辟新的激光光源等。因而寻找高激光损伤阈值的红外无机非线性光学材料的研究已成为当前非线性光学材料研究领域的一个重要课题。专利技术内容本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种透光波段较宽、二阶非线性光学系数较大、能够实现相位匹配、容易制备且稳定性较好的无机晶体化合物及其制备方法。本专利技术的另一目的在于提供所述的无机晶体化合物作为二阶非线性光学晶体材料的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种无机晶体化合物，分子式为Rb2BiI5O15。所述的无机晶体化合物，其晶体空间群为Abm2。一种制备所述无机晶体化合物的方法，包括以下步骤：将摩尔比为6：6~12：1~2：6~12的RbIO4、RbCl、Bi2O3和H5IO6加入水热反应釜内，再加入蒸馏水至RbIO4的最终浓度为2 mol/L；将密闭的水热反应釜放入马弗炉内，加热至225-230°C，恒温反应4~6天再降温至室温；反应结束后，将产物置于超声清洗器中用蒸馏水洗涤，过滤，然后用乙醇冲洗，即得到无机晶体化合物Rb2BiI5O15。所述的降温方式为自然降温或以2~6 °C/h的速率降温。所述的无机晶体化合物作为二阶非线性光学晶体材料的应用。本专利技术制备Rb2BiI5O15的反应方程式如下所示：RbIO4+RbCl+Bi2O3+H5IO6    Rb2BiI5O15本专利技术制得的无机晶体化合物具有以下优点和有益效果：1. 本专利技术制得的无机晶体化合物具有较大的倍频效应（SHG），Kurtz粉末倍频测试结果表明其粉末倍频效应大约为磷酸二氢钾（KDP）的3倍；2. 本专利技术制得的无机晶体化合物在可见光区和中红外光区有很宽的透过范围，粉末的红外透光范围达到12微米；3. 本专利技术制得的无机晶体化合物不含结晶水，对空气稳定，不潮解，且热稳定性较好，能够实现相位匹配；4. 本专利技术利用水热制备法，具有操作简单、原料利用率高、实验条件温和以及产品纯度高等优点。附图说明图1为本专利技术Rb2BiI5O15的晶体结构图；图2为本专利技术Rb2BiI5O15中[I3O9]3-桥的结构图；图3为本专利技术Rb2BiI5O15的固体粉末UV-Vis-NIR吸收谱图；图4为本专利技术Rb2BiI5O15的ATR-FTIR谱图；图5为本专利技术Rb2BiI5O15的热失重谱图；图6为本专利技术Rb2BiI5O15的SHG大小与颗粒度关系曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1将6 mmol RbIO4、6 mmol RbCl、1 mmol Bi2O3和6 mmol H5IO6加入23 mL的水热反应釜内，再加入3 mL蒸馏水使RBIO4的最终浓度为2 mol/L；将密闭的水热反应釜放入马弗炉内，经3h加热至225°C，恒温反应4天再以2°C /h的降温速率降温至室温；反应结束后，将产物置于超声清洗器中用蒸馏水洗涤，过滤，然后用乙醇冲洗，即得到无色棒状晶体颗粒Rb2BiI5O15。实施例2将6 mmol RbIO4、12 mmol RbCl、1 mmol Bi2O3和6 mmol H5IO6加入23 mL的水热反应釜内，再加入3 mL蒸馏水使RbIO4的最终浓度为2 mol/L；将密闭的水热反应釜放入马弗炉内，经3h加热至230°C，恒温反应5天再以6°C /h的降温速率降温至室温；反应结束后，将产物置于超声清洗器中用蒸馏水洗涤，过滤，然后用乙醇冲洗，即得到无色棒状晶体颗粒Rb2BiI5O15。实施例3将6 mmol RbIO4、6 mmol RbCl、1 mmol Bi2O3和6 mmol H5IO6加入23 mL的水热反应釜内，再加入3 mL蒸馏水使RbIO4的最终浓度为2 mol/L；将密闭的水热反应釜放入马弗炉内，经3h加热至228°C，恒温反应6天再自然降温至室温；反应结束后，将产物置于超声清洗器中用蒸馏水洗涤，过滤，然后用乙醇冲洗，即得到无色棒状晶体颗粒Rb2BiI5O15。本专利技术所制备的无机晶体化合物的倍频性能通过Kurtz粉末倍频测试方法获得。具体操作步骤如下：将所得的无色棒状晶体颗粒首先研磨成粒度为100～125微米的粉末，然后装入两面有玻璃窗的样品池内，之后将样品池置于Nd:YAG脉冲激光器作为光源的激光光路中，利用波长为1064 纳米的基频光照射样品池，将粒度约为100微米的KDP单晶粉末作为标样，信号经光电倍增管显示于示波器上。本专利技术所制备的无机晶体化合物相位匹配测试：将所得的无机晶体化合物首先分别研磨并筛分成不同粒度范围的粉末（20～40，40～60，60～80，80～100，100～125，125～150，150～200，200～300，300～400，400～500微米），然后装入两面有玻璃窗的样品池内，之后将样品池置于Nd:YAG脉冲激光器作为光源的激光光路中，利用波长为1064 纳米的基频光照射样品池，将粒度约为100微米的KDP单晶粉末作为标样，信号经光电倍增管显示于示波器上。所得的无机晶体化合物经过X-射线单晶结构测定，其分子式为Rb2BiI5O15，空间群为Abm2；晶胞参数为a=8.2257(6) ?，b=23.5398(18) ?，c= 8.2544(6) ?，α=β=γ= 90.00 °；其结构排列如图1所示。图2为该化合物结构中一种新型的[I3O9]3-桥的结构图。该无机晶体化合物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机晶体化合物，其特征在于，分子式为Rb2BiI5O15。

【技术特征摘要】
1.一种无机晶体化合物，其特征在于，分子式为Rb2BiI5O15。
2.根据权利要求1所述的无机晶体化合物，其特征在于，晶体空间群为Abm2。
3.一种制备权利要求1和2所述的无机晶体化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：将摩尔比为6：6~12：1~2：6~12的RbIO4、RbCl、Bi2O3和H5IO6，加入水热反应釜内，再加入蒸馏水至RbIO4的最终浓度为2 mol/L；将密闭的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄印，陈兴国，秦金贵，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42