铯铅碳氧碘双折射晶体及制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种用于红外-紫外波段的铯铅碳氧碘双折射晶体及制备方法和用途，该晶体化学式为Cs3Pb2(CO3)3I，分子量1120.04，属于单斜晶系，空间群为C2/m，晶胞参数为a=24.549(3)Å，b=5.4233(8)Å，c=12.8598(16)Å，β=114.533(8)°，V=1557.5(4)Å3，Z=4；该铯铅碳氧碘双折射晶体为正双轴晶体，nz-ny>ny-nx，透过范围为300-3000nm；双折射在0.084(3000nm)-0.374(340nm)之间；晶体采用水热法生长；通过本发明专利技术获得的晶体易于生长、易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存，在空气中稳定，不易潮解；可用于制作格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器等偏振分束棱镜，在光学和通讯领域有重要应用。

Cesium lead carbon oxygen iodine birefringent crystal and preparation method and application thereof

The invention relates to a method for cesium lead carbon oxygen iodine infrared ultraviolet band of birefringent crystal and preparation method and application thereof, the crystal chemical formula Cs3Pb2 (CO3) 3I, a molecular weight of 1120.04, belong to the monoclinic space group C2/m with unit cell parameters a=24.549 (3 A), b=5.4233 (8) a, c=12.8598 (16) - A beta, =114.533 (8) ~ (4) V=1557.5, a 3 Z=4; the CS lead carbon oxygen iodine birefringent crystal is biaxial crystal, nz-ny> ny-nx, through the range of 300-3000nm; birefringence in 0.084 (3000Nm) -0.374 (340nm); crystal by hydrothermal growth; obtained by the invention of the crystal of easy growth, easy cutting, grinding, polishing and easy easy easy preservation, stable in the air, easily deliquescence; can be used for the production of Glan type prism, Wollaston prism, Wollaston prism or beam splitting polarizer, polarization beam splitter, optical And communications applications.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铯铅碳氧碘双折射晶体及制备方法和用途，特别是一种能够用于红外-深紫外波段的分子式为Cs3Pb2(CO3)3I的铯铅碳氧碘双折射晶体及其制备和用途。
技术介绍
具有双折射现象的晶体成为双折射晶体。双折射晶体作为一种光学晶体，在人们生活和工业应用上有着重要的作用。通过双折射晶体可以得到线偏振光，实现对光束的位移等，从而制作了光隔离器，环形器，光束位移其，光学欺骗器和光学调制器等。什么是双折射现象呢？它是光在非均匀的介质晶体中传播时表现出来的重要特性之一，可以用光的横波性质来解释。光在非均质体(除立方晶系的晶体)中传播时，除了个别特殊的方向(沿光轴方向)外，会改变其振动特点，分解为两个电场矢量振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两束偏振光的现象。产生双折射现象的晶体可分为单轴晶体和双轴晶体。单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石、石英、红宝石、冰等；双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云母、结晶硫磺、蓝宝石、橄榄石等常用的双折射材料主要有α-BaB2O4晶体、MgF2晶体、LiNbO3晶体、YVO4晶体、方解石晶体以及金红石晶体等。然而，这些双折射材料都存在着不足之处：α-BaB2O4由于存在固态相变，很容易在晶体生长过程中开裂；MgF2晶体的透过范围是110-8500nm，它是一种应用于深紫外很好的材料，但是它的双折射率太小，不适合用作制造格兰棱镜，只能用于洛匈棱镜，且光速分离角小，器件尺寸大，使用不便；LiNbO3晶体易于得到大尺寸晶体，但双折射率太小；YVO4是一种性能良好的人工双折射晶体，但是它的透过范围是400-5000nm，不能用于紫外区，而且由于YVO4熔点高，必须使用铱坩埚进行提拉生长，且生长的气氛为弱氧气氛，从而在生长时存在铱元素的变价问题，从而使得晶体的质量下降，不易获得高质量的晶体；主要以天然形式存在的方解石晶，人工合成比较困难，一般尺寸都比较小，杂质含量比较高，无法满足大尺寸光学偏光元件的要求，而且易于解离，加工比较困难，晶体利用率低；金红石也主要以天然形式存在，人工合成比较困难，且尺寸较小，硬度大，难以加工。本专利技术提供的Cs3Pb2(CO3)3I双折射晶体的透过范围宽(300-3000nm),并且双折射率大(0.084-0.374)，是一种可用于紫外的双折射材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种铯铅碳氧碘双折射晶体，该晶体化学式为Cs3Pb2(CO3)3I，分子量1120.04，属于单斜晶系，空间群为C2/m，晶胞参数为β＝114.533(8)°，Z＝4；该晶体为正双轴晶体,nz-ny>ny-nx，透过范围宽(300-3000nm)，并且双折射率大(0.084-0.374)，是一种可用于紫外的双折射材料。本专利技术的另一目的在于提供所述一种铯铅碳氧碘双折射晶体Cs3Pb2(CO3)3I的生长方法。本专利技术的再一个目的在于提供一种铯铅碳氧碘双折射晶体Cs3Pb2(CO3)3I的用途。本专利技术所述的一种铯铅碳氧碘双折射晶体，该晶体化学式为Cs3Pb2(CO3)3I，分子量1120.04，属于单斜晶系，空间群为C2/m，晶胞参数为β＝114.533(8)°，Z＝4。所述的铯铅碳氧碘双折射晶体，其特征在于该晶体为正双轴晶体,nz-ny>ny-nx。所述的铯铅碳氧碘双折射晶体的制备方法，采用水热法制备晶体，具体操作按下列步骤进行：a、将含Cs化合物为Cs2CO3或CsF加入到体积为23-100mL的高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，加入PbO和HI或PbI2，再加入去离子水2-50mL，使其充分混合均匀，得到混合溶液，其中Cs+和Pb2+的摩尔比为1-8:1，Cs+和I-的摩尔比为1-8:2，或加入质量分数为45％的HI；b、将步骤a的混合溶液中加入矿化剂硼酸和碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾或碳酸铷，其中硼酸和碳酸盐的加入量为步骤a中碘化铅的4倍和1倍，硼酸和碳酸盐的加入量为步骤a中氧化铅的4倍和1倍；c、将装有步骤b中混合溶液的聚四氟乙烯内衬盖子旋紧，装入相应体积的高压反应釜中，将反应釜活塞旋紧；d、将步骤c中的高压反应釜放置在恒温箱内，以温度20-60℃/h的升温速率升至120-200℃，恒温1-15天，再以温度4-50℃/h的降温速率或自然冷却至室温；e、打开高压反应釜，将含有晶体的溶液过滤，经X射线单晶衍射仪解析确定得到透明的Cs3Pb2(CO3)3I双折射晶体。步骤c将溶液放在干净无污染的高压反应釜。所述的铯铅碳氧碘双折射晶体在制备偏振分束棱镜中的用途。所述的铯铅碳氧碘双折射晶体的用途，其特征在于所述的偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器。本专利技术所述的一种铯铅碳氧碘双折射晶体，该晶体的分子式为Cs3Pb2(CO3)3I，分子量1120.04，属于单斜晶系，空间群为C2/m，晶胞参数为β＝114.533(8)°，Z＝4。具有较宽的透光范围(300-3000nm)，双折射率在0.084(3000nm)-0.374(340nm)之间。此晶体制备简单，生长周期短，所使用的起始原料毒性低对人体毒害小。本专利技术所用的方法为水热法，即将起始原料按照比例混合后，在一定温度范围内通过密封的反应釜中高温高压反应，通过程序降温或恒温的方法即可得到透明的Cs3Pb2(CO3)3I光学晶体。以下是几个典型的可以得到Cs3Pb2(CO3)3I化合物的化学反应式：(1)Cs2CO3+PbI2+H3BO3+Rb2CO3+H2O→Cs3Pb2(CO3)3I+Rb++H3BO3+H2O(2)Cs2CO3+PbI2+H3BO3+K2CO3+H2O→Cs3Pb2(CO3)3I+K++H3BO3+H2O(3)Cs2CO3+PbI2+H3BO3+Na2CO3+H2O→Cs3Pb2(CO3)3I+Na++H3BO3+H2O(4)Cs2CO3+PbO+HI+H3BO3+Li2CO3+H2O→Cs3Pb2(CO3)3I+Li++H3BO3+H2O(5)Cs2CO3+PbO+HI+H3BO3+Rb2CO3+H2O→Cs3Pb2(CO3)3I+Rb++H3BO3+H2O(6)CsF+PbI2+H3BO3+Rb2CO3+H2O→Cs3Pb2(CO3)3I+Rb++H3BO3+F-+H2O(7)CsF+PbI2+H3BO3+K2CO3+H2O→Cs3Pb2(CO3)3I+K++H3BO3+F-+H2O附图说明图1为本专利技术的结构图；图2为本专利技术的XRD图；图3为本专利技术晶体图；图4为本专利技术楔形双折射晶体偏振分束器示意图；图5为本专利技术光隔离器示意图；图6为本专利技术光束位移器示意图，其中1为入射光，2为o光，3为e光，4为光轴，5为Cs3Pb2(CO3)3I晶体，6透光方向，7光轴面。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明：实施例1：以化学反应式Cs2CO3+PbI2+H3BO3+Rb2CO3+H2O→Cs3Pb2(CO3)3I+Rb++H3BO3+H2O制备晶体，具体操作步骤如下：a、按摩尔比Cs2CO3∶PbI2＝4:1，将Cs2CO3加入到体积为23mL的高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，加入PbI2，再加入去离子水2mL，使其充分混合均匀，得到混合溶液；b、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铯铅碳氧碘双折射晶体，该晶体化学式为Cs3Pb2(CO3)3I，分子量1120.04，属于单斜晶系，空间群为C2/m，晶胞参数为a = 24.549(3)Å，b = 5.4233(8)Å，c = 12.8598(16)Å，β=114.533(8)°，V = 1557.5(4)Å3，Z=4。

【技术特征摘要】
1.一种铯铅碳氧碘双折射晶体，该晶体化学式为Cs3Pb2(CO3)3I，分子量1120.04，属于单斜晶系，空间群为C2/m，晶胞参数为a = 24.549(3)Å，b = 5.4233(8)Å，c = 12.8598(16)Å，β=114.533(8)°，V = 1557.5(4)Å3，Z=4。2.一种如权利要求1所述的铯铅碳氧碘双折射晶体，其特征在于该晶体为正双轴晶体,nz-ny>ny-nx。3.一种如权利要求1所述的铯铅碳氧碘双折射晶体的制备方法，其特征在于采用水热法制备晶体，具体操作按下列步骤进行：a、将含Cs化合物为Cs2CO3或CsF加入到体积为23-100mL的高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，加入PbO和HI或PbI2，再加入去离子水2-50 mL，使其充分混合均匀，得到混合溶液，其中Cs+和Pb2+的摩尔比为1-8:1，Cs+和I-的摩尔比为1-8:2，或加入质量分数为45%的HI；b、将步骤a的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘世烈，刘莉莉，杨云，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：新疆;65