Ba3Sc2(BO3)4紫外双折射晶体、制备及应用制造技术

本发明专利技术提供一种Ba3Sc2(BO3)4紫外双折射晶体、制备及应用。该Ba3Sc2(BO3)4紫外双折射晶体为中心对称结构，属三方晶系，空间群为P

【技术实现步骤摘要】
Ba3Sc2(BO3)4紫外双折射晶体、制备及应用


[0001]本专利技术涉及紫外双折射光学材料领域。更具体地，涉及一种Ba3Sc2(BO3)4紫外双折射晶体、制备及应用。

技术介绍

[0002]紫外双折射材料能够调制紫外光的偏振，在民用、工业和科学研究领域有着广泛的应用。迄今为止，一系列紫外双折射晶体包括MgF2、α
‑
BaB2O4、YBa3B9O
18
、Ca3(BO3)2等已被报道并实现商业化。然而，它们自身的缺点严重阻碍了其更广泛的实际应用：MgF2受限于双折射太小(0.012@405nm)；除了大的各向异性热膨胀系数和易潮解特性外，α相到β相之间的相变使得α
‑
BaB2O4无法获得高质量的体块晶体；对于YBa3B9O
18
，由于存在以400nm为中心的严重吸收，它从500nm到220nm透光率急剧下降，仅剩下10％；Ca3(BO3)2也表现出小的双折射(0.0968@630nm)，并且在200nm以下的范围表现出低透射率。因此，寻找能够同时满足实现两个关键目的：具有与α
‑
BaB2O4一样大的双折射和在紫外区具有高透射率的新型紫外双折射材料仍然是一个至关重要的研究方向。
[0003]随着研究的深入，在双折射方面，研究人员发现阴离子基团和阳离子多面体都对双折射有显著贡献，对于阴离子基团而言，具有大的各向异性极化率的平面π共轭基团，尤其是BO3和B3O6基团是双折射功能基团的理想候选者。对于阳离子而言，具有高配位数的阳离子，例如Ba、Zn和Mg，有利于与氧原子和氟原子形成MO
n
F
m
多面体；从而在赤道面上的氧原子连接平面功能基团从而形成层状结构。在每一层中，由于MO
n
F
m
多面体的空间效应产生的均匀张力使得平面阴离子以最佳平面方式排列在同一层中。在整体层状结构中，对双折射有贡献的阴离子基团在结构上被最大化叠加，从而获得大的折射率。此外，B
‑
O键表现出强的共价性和具有高度局域化的价电子，使其在紫外区获得短的紫外截止波长和高透射率。因此，含有BO3和B3O6的层状硼酸盐被认为是探索具有优异光学性能的紫外双折射材料的热点领域，如NaMgBO3、Ba2MgBO3、Ba2Zn(B3O6)2和NH4B4O6F；而对于如何获得具有较短紫外吸收截止边和宽透过范围的问题上，没有d
‑
d或f
‑
f电子的碱性和碱土金属以及具有d0电子构型的Sc
3+
/Y
3+
有利于在紫外区域获得高透射率和较短的紫外截至边，但是至今制备出完美层状的Ba
‑
Sc
‑
B
‑
O系晶体，并且兼具短紫外吸收截止边、宽透过范围和双折射大效果的研究相对较少。
[0004]因此，针对以上问题，需要提供一种新的Ba
‑
Sc
‑
B
‑
O系紫外双折射晶体。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的在于提供一种紫外双折射晶体，该紫外双折射晶体具有透过范围宽(0.2～3.5μm)，透过率高，并且具有较短的紫外截止边(198nm)和大的双折射率(Δn＝0.145)、易于生长等优点。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种制备上述紫外双折射晶体的制备方法。
[0007]本专利技术的第三个目的在于又提供一种制备上述紫外双折射晶体的制备方法。
[0008]本专利技术的第四个目的在于又提供一种制备上述紫外双折射晶体的制备方法。
[0009]本专利技术的第五个目的在于提供一种如上所述紫外双折射晶体的应用。
[0010]为达到上述第一个目的，本专利技术提供一种紫外双折射晶体，化学式为Ba3Sc2(BO3)4，为中心对称结构，属三方晶系，空间群为P
‑
3m1，晶胞参数为3m1，晶胞参数为α＝90
°
，β＝90
°
，γ＝120
°
，Z＝1，
[0011]根据本专利技术的具体实施方式，所述Ba3Sc2(BO3)4晶体的尺寸为毫米级别，示例性地，所述Ba3Sc2(BO3)4晶体的尺寸为(15～20)mm
×
(13～20)mm
×
(8～15)mm，例如为18mm
×
16mm
×
10mm。
[0012]根据本专利技术的具体实施方式，所述硼酸钪钡化合物Ba3Sc2(BO3)4晶体在0.2～3.5μm的波长范围内的透过率为70％以上，紫外截止边为198nm，并且具有大的双折射率(Δn＝0.145)，并通过半经验理论计算进行验证(Δn＝0.115)。
[0013]为达到上述第二个目的，本专利技术提供一种制备上述紫外双折射晶体的制备方法，包括如下步骤：
[0014]将含钡化合物、含钪化合物和含硼化合物按比例配成原料粉，在铂坩埚中加热，先进行预烧，后降至室温，研磨后再进行焙烧，降温得Ba3Sc2(BO3)4粉末；
[0015]将Ba3Sc2(BO3)4粉末与助熔剂混合均匀得到晶体生长料，将晶体生长料置于晶体生长炉中，升温至熔融态，先进行一次降温至晶体生长温度，生长完毕后将晶体提至熔体液面以上，再进行二次降温至室温得到Ba3Sc2(BO3)4晶体。
[0016]进一步，所述一次降温的速率为0.5～2℃/h，所述二次降温的速率为5～15℃/h，所述晶体生长温度为850～950℃。
[0017]进一步，所述预烧的升温速率为30～50℃/h；所述预烧的时间为8～24h；所述预烧的温度为400～600℃；所述焙烧的升温速率为30～50℃/h；所述焙烧的温度为900～1000℃；所述焙烧的时间8～24h。
[0018]其中，预烧过程是为了除去原料粉中的水、二氧化碳，为后续的煅烧做准备，预热的升温速率可在30～50℃/h范围内任意选择，例如30℃/h、35℃/h、40℃/h、45℃/h、50℃/h。
[0019]进一步，所述含钡化合物为纯度不低于99.9％的氧化钡、氢氧化钡、卤化钡、碳酸钡、硝酸钡、硫酸钡、乙酸钡或草酸钡；所述含钪化合物为纯度不低于99.9％的氧化钪、氢氧化钪、卤化钪或硝酸钪；所述含硼化合物为纯度不低于99.9％的硼酸或氧化硼。
[0020]进一步，所述原料粉中钡:钪:硼的摩尔比为3:2:4。
[0021]进一步，所述助熔剂包括氟化钠、氧化钠、氟化钡、氯化钡、氯化钠、氟化锂、氧化锂、氧化硼或硼酸中的一种或多种；所述原料粉与助熔剂的摩尔比为0.8
‑
1.2:3
‑
7。
[0022]在该制备过程中，所述方法先得到的多晶的Ba3Sc2(BO3)4粉末，再通过助熔剂法制备出单晶的Ba3Sc2(BO3)4晶体。
[0023]为达到上述第三个目的，本专利技术又提供一种制备上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紫外双折射晶体，其特征在于，化学式为Ba3Sc2(BO3)4，为中心对称结构，属三方晶系，空间群为P
‑
3m1，晶胞参数为α＝90
°
，β＝90
°
，γ＝120
°
，Z＝1，2.一种如权利要求1所述的紫外双折射晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含钡化合物、含钪化合物和含硼化合物按比例配成原料粉，在铂坩埚中加热，先进行预烧，后降至室温，研磨后再进行焙烧，降温得Ba3Sc2(BO3)4粉末；将Ba3Sc2(BO3)4粉末与助熔剂混合均匀得到晶体生长料，将晶体生长料置于晶体生长炉中，升温至熔融态，先进行一次降温至晶体生长温度，生长完毕后将晶体提至熔体液面以上，再进行二次降温至室温得到Ba3Sc2(BO3)4晶体。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述一次降温的速率为0.5～2℃/h，所述二次降温的速率为5～15℃。4.一种如权利要求1所述的紫外双折射晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含钡化合物、含钪化合物、含硼化合物按比例配成原料粉，与助熔剂混合后，在铂坩埚中加热至熔融态，降至室温得到晶体生长料；将晶体生长料置于晶体生长炉中，升温至熔融态，搅拌，一段降温至晶体生长温度后放入籽晶杆，之后进行二段降温同时转动籽晶杆，待晶体生长完毕后，提升籽晶杆，将附着在籽晶杆上的晶体提离液面，三段降温至室温得到Ba3Sc2(BO3)4晶体。5.一种如权利要求1所述的紫外双折射晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含钡化合物、含钪化合物和含硼化合物按一定比例配成原料粉，在铂坩埚中加热，先进行预烧，后降至室温，研磨后再进行焙烧，降温得Ba3Sc2(BO3)4粉末；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李如康，周静芳，
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：