一种稀土碱土硼酸盐及制备方法和用途技术

本发明专利技术公开一种稀土碱土硼酸盐，该稀土碱土硼酸盐的化学式是LiMRe2(BO3)3，其中M代表碱土元素，所述碱土元素为Sr或Ba,Re代表稀土元素，所述稀土元素选自Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种，其单晶体属三方晶系。本发明专利技术还公开了制备方法，所制得的稀土碱土硼酸盐晶体在空气中稳定，不易潮解，不溶于水；该稀土碱土硼酸盐在光学和通讯领域有重要应用，例如作为磁光隔离器可用于产生法拉第磁光效应和作为荧光粉基质产生荧光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁光晶体制备
，具体地，本专利技术涉及了一种稀土碱土硼酸盐及其制备方法和用途。
技术介绍
自上世纪六十年代以来，磁光材料由于其自身优良的磁光效应因此成为世界各国科学家竞相研究的对象，被广泛用作磁光调制器、磁光传感器、磁光隔离器和磁光开关等，是一种极其重要并有着广泛用途的材料。目前商业化的磁光材料主要有两种：第一种是钇铁石榴石(YIG)，其只能应用于红外波段，无法应用于可见波段；第二种是铽镓石榴石(TGG)，其在633nm的Verdet常数为-134rad/m.T，但是透过为70％，而且在TGG的生长过程中，组分之一的氧化镓(Ga2O3)易挥发，导致TGG晶体的熔点和组分容易偏离，因此很难得获得品质优良的TGG晶体。此外，TGG晶体的原料很昂贵，也导致了其成本较高。基于上述磁光材料的不足，我们把重点关注在了稀土碱土硼酸盐，这是由于硼酸相对于氧化镓相对廉价，而且硼酸盐的透过较好。此外，硼酸盐结构丰富，能够设计合成出较多的具有三方、四方、六方或者是立方的对称性化合物。此外，稀土硼酸盐化合物在荧光方面有着十分重要的用途。有基于此，我们报道一种稀土碱土硼酸盐及其制备方法和用途。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种稀土碱土硼酸盐多晶化合物,该化合物性质稳定，空气中不潮解。本专利技术的另一个目的在于提供一种稀土碱土硼酸盐单晶体,该单晶体在空气中稳定，不易潮解，用于磁光晶体。本专利技术的再一个目的在于提供制备所述稀土碱土硼酸盐多晶化合物及单晶体的方法及所述稀土碱土硼酸盐的用途。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种稀土碱土硼酸盐多晶化合物，所述稀土碱土硼酸盐多晶化合物的化学式为LiMRe2(BO3)3，其中M代表碱土元素，所述碱土元素为Sr或Ba,Re代表稀土元素，所述稀土元素选自Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种。一种稀土碱土硼酸盐晶体，其特征在于，所述的稀土碱土硼酸盐晶体的化学式为LiMRe2(BO3)3，其中M代表碱土元素，所述碱土元素为Sr或Ba,Re代表稀土元素，所述稀土元素选自Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种；所述稀土碱土硼酸盐晶体为单晶，属于三方晶系晶体，空间群是P(-3)m1。本专利技术还提供了稀土碱土硼酸盐的制备方法，该方法包括如下步骤：将含稀土元素的化合物：含碱土金属的化合物：含硼的化合物：含锂的化合物按照元素摩尔比为2：1：3：1的比例均匀混合研磨，装入铂金坩埚，升温至750-800℃，反复研磨，得到本专利技术的稀土碱土硼酸盐多晶化合物。优选地，所述含稀土元素的化合物为含稀土元素的氧化物、硝酸盐、硫酸盐或卤化物中的一种；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含稀土的其他化合物。优选地，所述含碱土金属的化合物为含碱土金属的碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物或卤化物中的一种；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含碱土的其他化合物。优选地，所述含硼的化合物为硼酸或氧化硼；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含硼的其他化合物。优选地，所述含锂的化合物为氧化锂、氢化锂、硝酸锂或锂的卤化物中的一种；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含锂的其他化合物。本专利技术还提供了一种稀土碱土硼酸盐晶体的制备方法，所述方法包括如下步骤：将含稀土元素的化合物：含碱土金属的化合物：含硼的化合物：含锂的化合物按照元素摩尔比为1：1-3：5-10：5-8的比例均匀混合研磨，装入铂坩埚，升温至900-950℃，保温24h，然后以5-10℃/h的速度降至室温，得到所述的稀土碱土硼酸盐晶体。优选地，所述含碱土金属的化合物为含碱土金属的碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物或卤化物中的一种；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含碱土的
其他化合物。优选地，所述含硼的化合物为硼酸或氧化硼；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含硼的其他化合物。优选地，所述含锂的化合物为氧化锂、氢化锂、硝酸锂或锂的卤化物中的一种；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含锂的其他化合物。再提供一种制备稀土碱土硼酸盐晶体的方法，该方法包括如下步骤：1)将含稀土元素的化合物、含碱土金属的化合物、含硼的化合物和含锂的化合物按照稀土：碱土：硼：锂元素摩尔比为1：0.5-1：2-4：0.5-1的比例混合研磨，装入铂坩埚中，放入马弗炉中烧至800℃，得到生长所需的原料；2)将生长所需的原料装入铱坩埚中，放入提拉炉中，并充入高纯N2保护，加热至熔融，搅拌24-48小时，在混合熔体温度高于饱和点温度1-3℃时，将末端装有籽晶的籽晶杆从生长炉内放入，使其接触熔液表面或者使其伸入到熔体内；3)下籽晶10-60分钟后，将温度降至饱和点温度，同时以20-120转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以1-2℃/天的速率降温，以0.02-0.5mm/h的提拉速度提拉，待晶体长到毫米级尺寸时，将晶体提离液面，以2-100℃/h的速率降至室温，得到所述的稀土碱土硼酸盐化合物，所得化合物为晶体。优选地，所述含稀土元素的化合物为含稀土元素的氧化物、硝酸盐、硫酸盐或卤化物中的一种；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含稀土的其他化合物。优选地，所述含碱土金属的化合物为含碱土金属的碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物或卤化物中的一种；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含碱土的其他化合物。优选地，所述含硼的化合物为硼酸或氧化硼；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含硼的其他化合物。优选地，所述含锂的化合物为氧化锂、氢化锂、硝酸锂或锂的卤化物中的一种；本领域技术人员还可以根据实际需要，选择含锂的其他化合物。本专利技术进一步地提供了稀土碱土硼酸盐多晶化合物的用途，将该稀土碱土硼酸盐用于荧光粉基质，产生出荧光。还可将该稀土碱土硼酸盐晶体用于制作磁光隔离器，所述磁光隔离器可使在磁场下通过所述稀土碱土硼酸盐磁光晶体的一束偏振电磁波的偏振方向发生变化。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一类新的稀土碱土硼酸盐化合物，其多晶化合物可以作为荧光粉，单晶可以作为磁光晶体。合成简便，价格低廉，在光照明和光通讯中有重要的经济和科研价值。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1是实施例7硼酸锂锶铽LiSrTb2(BO3)3单晶c方向的结构示意图；图2是实施例4硼酸锂锶铽LiSrTb2(BO3)3单晶研磨后的XRD图；图3是实施例6硼酸锂锶钬LiSrHo2(BO3)3单晶的M-T图；图4是实施例8硼酸锂钡镨LiBaPr2(BO3)3单晶的透过光谱图；图5是实施例1硼酸锂锶铽LiSrTb2(BO3)3多晶的荧光发射光谱图；图6是实施例3硼酸锂钡钕LiBaNd2(BO3)3多晶的荧光发射光谱图；图7是实施例2硼酸锂锶铕LiSrEu2(BO3)3多晶的荧光发射光谱图；图8是实施例9硼酸锂钡铽LiBaTb2(BO3)3作为磁光隔离器的结构示意图；其中，图8中的1.激光光源；2.偏振片；3.永磁铁；4.硼酸锂钡铽磁光晶体；具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土碱土硼酸盐多晶化合物，其特征在于，所述稀土碱土硼酸盐多晶化合物的化学式为LiMRe2(BO3)3，其中M代表碱土元素，所述碱土元素为Sr或Ba,Re代表稀土元素，所述稀土元素选自Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种稀土碱土硼酸盐多晶化合物，其特征在于，所述稀土碱土硼酸盐多晶化合物的化学式为LiMRe2(BO3)3，其中M代表碱土元素，所述碱土元素为Sr或Ba,Re代表稀土元素，所述稀土元素选自Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种。2.一种稀土碱土硼酸盐晶体，其特征在于，所述的稀土碱土硼酸盐晶体的化学式为LiMRe2(BO3)3，其中M代表碱土元素，所述碱土元素为Sr或Ba,Re代表稀土元素，所述稀土元素选自Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种；所述稀土碱土硼酸盐晶体为单晶，属于三方晶系晶体，空间群是P(-3)m1。3.一种权利要求1所述的稀土碱土硼酸盐多晶化合物的制备方法，其特征在于，该方法如下利用高温固相合成法，将含稀土元素的化合物、含碱土金属的化合物、含硼的化合物和含锂的化合物按照稀土：碱土：硼：锂元素摩尔比为2：1：3：1的比例均匀放入研钵中混合研磨，然后装入φ10mm×10mm铂金坩埚中，加热至800℃，反复研磨，得到本发明的稀土碱土硼酸盐多晶化合物。4.一种权利要求2所述的稀土碱土硼酸盐晶体的制备方法，其特征在于，该方法如下：将含稀土元素的化合物、含碱土金属的化合物、含硼的化合物和含锂的化合物按照稀土：碱土：硼：锂元素摩尔比为1：1-3：5-10：5-8的比例均匀混合研磨，装入铂金坩埚，升温至900-950℃，保温24h，然后以5-10℃/h的速度降至室温，得到稀土碱土硼酸盐化合物，所得化合物为晶体。5.一种权利要求2所述的稀土碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李如康，陈鹏允，夏明军，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11