一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法，高温相硼硅酸镧晶体为β‑La

【技术实现步骤摘要】
一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法及应用
本专利技术涉及光电功能材料领域，具体涉及一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法应用。
技术介绍
LaBSiO5是一种新型稀土基复合盐光功能晶体，兼具硼酸盐和硅酸盐的结构特性，在铁电、压电、非线性和激光等领域具有潜在研究价值。高温相LaBSiO5室温下不稳定，在退火至412K时经历由高温相(β-LaBSiO5)到低温相(α-LaBSiO5)的转变，该过程伴随剧烈的应力释放，导致大尺寸高温相LaBSiO5单晶生长困难，严重限制了对该晶体的基础研究和性能开发。Leonyuk等人以K2Mo3O10-KF为助熔剂生长了最大尺寸为2mm的LaBSiO5晶体，该助熔剂体系有毒。Li等人首次探索了一种无毒的复合助熔剂体系LaBO3-Li2MoO4-SiO2，并生长了尺寸为12×10×8mm3的LaBSiO5单晶，但由于相变，该晶体在室温下无法维持理想单晶形貌，晶体质量差易开裂。Shang等人以Li2MoO4为助熔剂生长得到毫米级LaBSiO5单晶并系统研究了其非线性光学效应和铁电效应。综上所述，LaBSiO5晶体目前存在的问题是：(1)晶体尺寸过小；(2)由于相变问题，难以获得高温相。这些问题使LaBSiO5晶体在宏观性能开发及其在光电器件领域的应用研究上具有局限性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法。本专利技术采用以下技术方案：一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法，高温相硼硅酸镧晶体为β-La1-yLnyBSiO5晶体，其采用高温助熔剂法制备，所用复合助熔剂体系为：(La1-yLny)BO3-LiMoO4-SiO2-B2O3，体系中(La1-yLny)BO3、LiMoO4、SiO2和B2O3的摩尔百分比分别为x1、x2、x3、x4，其中，0<x1<0.3，0.7≤x2<1，0<x3<0.3，x1+x2+x3＝1，x1:x4＝2:1～4:1。进一步地，通过掺杂离子Ln3+调控LaBSiO5的微观晶体结构，抑制β-La1-yLnyBSiO5晶体的相变，所述掺杂离子Ln3+为稀土离子Eu3+、Nd3+、Y3+、Yb3+、Dy3+、Lu3+、Tb3+、Sm3+、Tm3+、Er3+、Gd3+、Ho3+、Ce3+、Pr3+、Sc3+中的一种或多种。进一步地，所述掺杂离子Ln3+的掺杂浓度为y，0.02≤y≤0.25，将β-La1-yLnyBSiO5晶体稳定至室温而不发生相变。进一步地，所述(La1-yLny)BO3的原料为La2O3、Ln2O3、H3BO3和Li2CO3，LiMoO4的原料为Li2CO3和MoO3，B2O3的原料为H3BO3。进一步地，所述β-La1-yLnyBSiO5晶体的晶体结构为三方晶系，空间群为P3121，晶胞参数a＝b，α＝β＝90°，γ＝120°，Z＝3。优选地，当Ln＝Eu且y＝0.1时，优选地，当Ln＝Nd且y＝0.1时，进一步地，所述β-La1-yLnyBSiO5晶体的晶体结构含有B-O基团、Si-O基团及La-O基团，所述B-O基团间通过共用氧原子的形式组成螺旋链且沿c轴延伸，La-O基团间也通过共用氧原子的形式组成螺旋链且沿c轴延伸，B-O多面体中的两个B-O键发生劈裂，与B原子键合的两个O原子发生统计分布，产生局部无序。进一步地，晶体生长温度区间为700-1100℃，在该温度区间的降温速率为0.5-600℃/天；晶体生长结束后，退火速率为240-800℃/天；当使用籽晶生长β-La1-yLnyBSiO5晶体时，晶转速率为5-20rpm。利用上述高温相硼硅酸镧晶体的生长方法制得的β-La1-yLnyBSiO5晶体的用途，其作为光功能材料用于固体光学器件。采用上述技术方案后，本专利技术与
技术介绍
相比，具有如下优点：本专利技术采用高温助熔剂法，以(La1-yLny)BO3-LiMoO4-SiO2-B2O3这种无毒、环保的复合助熔剂体系，通过离子掺杂的手段对LaBSiO5的相变进行调控，获得大尺寸β-La1-yLnyBSiO5晶体。本专利技术解决了因相变导致β-LaBSiO5晶体生长困难的问题，同时赋予β-LaBSiO5晶体荧光性能，为该晶体的基础研究及其应用提供了关键技术条件。本专利技术制得的晶体具有菱硼硅铈矿结构特征，宏观对称性属P3121空间群，退火过程中不发生相变，在室温可稳定存在，作为光功能材料在激光、太赫兹等领域有广泛用途。附图说明图1为实施例1-4生长的β-La0.92Eu0.08BSiO5、β-La0.9Nd0.1BSiO5、β-La0.8Nd0.2BSiO5和β-La0.85Y0.15BSiO5晶体的显微相片；图2为实施例5生长的β-La0.9Nd0.1BSiO5晶体相片；图3为实施例6生长的β-La0.8Nd0.2BSiO5晶体相片；图4为实施例7生长的β-La0.82Y0.15Nd0.03BSiO5晶体相片；图5为实施例8生长的β-La0.8Y0.15Nd0.05BSiO5晶体相片；图6为实施例9生长的β-La0.85Eu0.1Nd0.05BSiO5晶体相片；图7为实施例10生长的β-La0.85Eu0.1Dy0.05BSiO5晶体相片；图8为实施例1-10生长的β-La1-yLnyBSiO5晶体的XRD图谱；图9为实施例1-10生长的β-La1-yLnyBSiO5晶体的DSC图谱；图10为实施例1-10生长的β-La1-yLnyBSiO5晶体的晶体结构；图11为实施例1-10生长的β-La1-yLnyBSiO5晶体的B-O键劈裂示意图；图12为实施例5生长的β-La0.9Nd0.1BSiO5晶体的偏振吸收光谱；图13为实施例5生长的β-La0.9Nd0.1BSiO5晶体的偏振荧光光谱；图14为实施例8生长的β-La0.8Y0.15Nd0.05BSiO5晶体的荧光光谱；图15为实施例9生长的β-La0.85Eu0.1Nd0.05BSiO5晶体的偏振吸收光谱；图16为实施例9生长的β-La0.85Eu0.1Nd0.05BSiO5晶体的偏振荧光光谱；图17为实施例10生长的β-La0.85Eu0.1Dy0.05BSiO5晶体的激发光谱；图18为实施例10生长的β-La0.85Eu0.1Dy0.05BSiO5晶体的荧光光谱。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：自发形核生长β-La0.92Eu0.08BSiO5晶体按照(La0.92Eu0.08)BO3:LiMoO4:SiO2:B2O3＝0.2:0.75:0.05:0.05(mol)的比例进行配料，称取La2O3，Eu2O3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法，其特征在于，高温相硼硅酸镧晶体为β-La

【技术特征摘要】
1.一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法，其特征在于，高温相硼硅酸镧晶体为β-La1-yLnyBSiO5晶体，其采用高温助熔剂法制备，所用复合助熔剂体系为：(La1-yLny)BO3-LiMoO4-SiO2-B2O3，体系中(La1-yLny)BO3、LiMoO4、SiO2和B2O3的摩尔百分比分别为x1、x2、x3、x4，其中，0<x1<0.3，0.7≤x2<1，0<x3<0.3，x1+x2+x3＝1，x1:x4＝2:1～4:1。


2.如权利要求1所述的一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法，其特征在于，通过掺杂离子Ln3+调控LaBSiO5的微观晶体结构，抑制β-La1-yLnyBSiO5晶体的相变，所述掺杂离子Ln3+为稀土离子Eu3+、Nd3+、Y3+、Yb3+、Dy3+、Lu3+、Tb3+、Sm3+、Tm3+、Er3+、Gd3+、Ho3+、Ce3+、Pr3+、Sc3+中的一种或多种。


3.如权利要求2所述的一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法，其特征在于，所述掺杂离子Ln3+的掺杂浓度为y，0.02≤y≤0.25，将β-La1-yLnyBSiO5晶体稳定至室温而不发生相变。


4.如权利要求1所述的一种高温相硼硅酸镧晶体的生长方法，其特征在于，所述(La1-yLny)BO3的原料为La2O3、Ln2O3、H3BO3和Li2CO3，LiMoO4的原料为Li2CO3和MoO3，B2O3的原料为H3BO3。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李凌云，施艺，黄发铮，周子伟，李信旭，于岩，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35