一种掺铁钽酸锂单晶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种掺铁钽酸锂单晶的制备方法，属于晶体制备技术领域，包括以下步骤：第一步、将氢氧化钽置于去离子水中，加入盐酸溶液调节pH值为4

【技术实现步骤摘要】
一种掺铁钽酸锂单晶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于晶体制备
，具体涉及一种掺铁钽酸锂单晶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钽酸锂晶体是一种优良的人工晶体，具有很多重要的性质，如电光效应、声光效应、热电效应、压电效应、弹光效应、光折变效应等等，广泛应用于光调制、光存储和频率转换等光学领域，是制作宽频带，高稳定性振荡器和高灵敏热电探测器的理想材料。然而随着计算机、信息网络及多媒体技术的高速发展，对大容量信息存储器的要求越来越高，现有的存储量和转移速率远远不能达到发展的要求。在高密度大容量全息信息存储的应用中，光折变性能是一项至关重要的技术指标，在光折变敏感杂质离子中，Fe
2+
/Fe
3+
是研究最多、用途最广、效果最好的掺杂离子，所以选择Fe
2+
/Fe
3+
作为增强LiTaO晶体光折变效应的杂质离子。
[0003]公开号CN106192007A的中国专利公开了一种掺铁钽酸锂晶体的制造方法。在高纯氧化钽(Ta2O5)、碳酸锂(Li2CO3)中掺入0.1％wt
‑
0.15％wt的Fe2O3，原料经过烘烤除湿、预混、压块、高温烧结等工序，然后放入长晶炉的铱坩埚中，在保护气氛下，通过提拉法(CZ)长晶，生长出大尺寸(3
‑
6英寸)钽酸锂单晶。掺铁钽酸锂晶体通过Fe
3+
的掺入，减少了长晶扩肩过程中及等径后期多晶的产生，有效的提高了晶体的质量、光折变性能、冲击韧性、光吸收系数，使其更适用于制作声表面波滤波器(SAW)，能够完全取代不掺杂钽酸锂晶体，该专利采用Fe2O3、高纯氧化钽(Ta2O5)、碳酸锂为原料，通过简单混合得到单晶前驱体粉料，通过提拉法长晶，制备出一种掺铁钽酸锂晶体，但是该专利未对Fe2O3粒径进行限定，也未对其分散性进行改性，很难实现Fe2O3、高纯氧化钽(Ta2O5)、碳酸锂各原料之间的均匀混合，易形成团簇，导致混合物反应不够充分，直接影响晶体质量甚至导致晶体开裂，因此，得到的掺铁钽酸锂晶体性能存在不稳定的现象，因此，如何提高掺铁钽酸锂晶体中Fe2O3分布的均匀性是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种掺铁钽酸锂单晶及其制备方法，以解决
技术介绍
中的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种掺铁钽酸锂单晶的制备方法，包括以下步骤：
[0007]第一步、将氢氧化钽置于去离子水中，加入质量分数10％的盐酸溶液调节pH值为4
‑
5，搅拌10
‑
15min得到氧化钽活性溶液，然后向氧化钽活性溶液中加入络合剂，磁力搅拌10
‑
15min后，用质量分数20％的氨水溶液调节pH值为7
‑
8，得到含钽配合物溶液；
[0008]第二步、向含钽配合物溶液中加入LiOH
·
H2O和纳米氧化铁，磁力搅拌30
‑
60min，实现掺杂元素和基质材料原子级别的均匀混合，得到混合溶液，将混合溶液进行喷雾干燥，
得到前驱体粉末；
[0009]第三步、将前驱体粉末在100
‑
120℃下烘干1h，经压料机压实成块得到合成原料，将合成原料置于晶体生长炉内,采用提拉法生长晶体，得到掺铁钽酸锂单晶。
[0010]进一步地，氢氧化钽、去离子水和络合剂的用量比为1g：30
‑
35mL：1.5
‑
1.8g，氢氧化钽、LiOH
·
H2O和纳米氧化铁用量比为1g：0.15g：0.55
‑
0.61g，喷雾干燥出风温度为100
‑
110℃。
[0011]进一步地，采用提拉法生长晶体具体步骤如下：
[0012]步骤S1、将合成原料放入铂金坩埚中,将铂金坩埚放入晶体生长炉内，以150℃/h的升温速度升温至650℃，保温处理2h，然后以同样的升温速度升温至950℃,并保持950℃处理6h,得到掺铁钽酸锂多晶；
[0013]步骤S2、将晶体生长炉内温度以100℃/的升温速度升温至1000
‑
1250℃,保持处理4
‑
8h,使掺铁钽酸锂多晶充分的熔化并混合均匀,然后降温至1200
‑
1250℃,待晶体在籽晶上结晶到1.5
‑
1.9mm时，在籽晶杆转速为8
‑
12r/min、籽晶杆拉速为0.4
‑
0.6mm/h的条件下开启籽晶杆旋转和提拉,对晶体进行直拉,待晶体生长到2
‑
3mm时再对晶体进行放肩生长、收肩生长和等径生长,晶体长至13
‑
15mm将其拉断,并以20℃/h的速度退火降温至室温,即得掺铁钽酸锂单晶。
[0014]进一步地，络合剂由以下步骤制成：
[0015]步骤A1、将4'
‑
氨基苯并
‑
15
‑
冠
‑5‑
醚、水和浓盐酸混合，搅拌15
‑
20min，置于冰水浴中冷却，5℃下缓慢向其中滴加亚硝酸钠溶液，在冰水浴下搅拌反应20
‑
40min，加入饱和碳酸钠溶液调节pH值为6
‑
7，得到中间产物1，将对氨基苯酚和质量分数15％的碳酸钠溶液混合得到溶液a，搅拌条件下，向中间产物1中滴加溶液a，滴加结束后，室温下搅拌10min，用质量分数10％的盐酸溶液调节pH值为5
‑
6，升温至95
‑
100℃，搅拌反应4
‑
6h，反应结束后，冷却至室温，再置于冰水浴中冷却，使晶体完全析出，抽滤收集固体，用蒸馏水重结晶，得到中间产物2；
[0016]其中，4'
‑
氨基苯并
‑
15
‑
冠
‑5‑
醚、水、浓盐酸、亚硝酸钠溶液和溶液a的用量比为0.02mol：6
‑
8mL：4
‑
5mL：10mL：15mL，浓盐酸质量分数为37％，亚硝酸钠溶液质量分数为25
‑
28％，溶液a由对氨基苯酚和碳酸钠溶液按照0.02mol：15mL混合而成，先利用亚硝酸钠溶液使4'
‑
氨基苯并
‑
15
‑
冠
‑5‑
醚发生重氮化反应得到中间产物1，进而使中间产物1与对硝基苯酚发生化学反应，得到偶氮化合物，即中间产物2，具体反应过程如下：
[0017][0018]步骤A2、将氯苯加入反应釜中，通入三光气，在转速为150
‑
200r/min的条件下，进行搅拌20
‑
30min后，加入中间产物2，回流反应2
‑
4h后，继续通入光气，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺铁钽酸锂单晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将氢氧化钽置于去离子水中，加入盐酸溶液调节pH值为4
‑
5，搅拌得到氧化钽活性溶液，向氧化钽活性溶液中加入络合剂，磁力搅拌10
‑
15min后，用氨水溶液调节pH值为7
‑
8，得到含钽配合物溶液；第二步、向含钽配合物溶液中加入LiOH
·
H2O和纳米氧化铁，磁力搅拌30
‑
60min得到混合溶液，喷雾干燥后，得到前驱体粉末；第三步、将前驱体粉末在100
‑
120℃下烘干1h，经压料机压实成块得到合成原料，将合成原料置于晶体生长炉内,采用提拉法生长晶体，得到掺铁钽酸锂单晶。2.根据权利要求1所述的一种掺铁钽酸锂单晶的制备方法，其特征在于，氢氧化钽、去离子水和络合剂的用量比为1g：30
‑
35mL：1.5
‑
1.8g，氢氧化钽、LiOH
·
H2O和纳米氧化铁用量比为1g：0.15g：0.55
‑
0.61g。3.根据权利要求1所述的一种掺铁钽酸锂单晶的制备方法，其特征在于，络合剂由以下步骤制成：步骤B1、将氯苯加入反应釜中，通入三光气，搅拌20
‑
30min后加入偶氮化合物，回流反应2
‑
4h后，继续通入光气，至三光气与偶氮化合物的摩尔比达到6：1，反应结束，得到中间产物3；步骤B2、氮气保护下，将黄原酸化合物、四氢呋喃混合，加入中间产物3和二丁基二月桂酸锡，回流搅拌反应3h，得到络合剂。4.根据权利要求3所述的一种掺铁钽酸锂单晶的制备方法，其特征在于，步骤B2中二...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗毅，龚瑞，
申请(专利权)人：安徽科瑞思创晶体材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：