本发明专利技术涉及一种化合物氯硼酸钡和氯硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途，该化合物化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，采用固相反应法合成化合物；所述一种氯硼酸钡非线性光学晶体，该晶体的化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，不具有对称中心，属六方晶系，空间群P63mc，晶胞参数为a=11.2266(17)Å，c=7.214(2)Å.Z=2，V=787.4(3)Å3。其晶体的粉末倍频效应达到KDP(KH2PO4)的0.5倍，该晶体机械硬度大，易于切割、抛光加工和保存，在制备倍频发生器、上频率转换器、下频率转换器或光参量振荡器等非线性光学器件中得到广泛应用。
【技术实现步骤摘要】
氯硼酸钡及氯硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途
本专利技术涉及化合物氯硼酸钡Ba7B3O11Cl和氯硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和利用该晶体制作的非线性光学器件。
技术介绍
紫外非线性光学材料是固态激光器产生紫外相干光的关键材料，为了获得具有非线性光学性质的非线性光学材料，目前国际上常用的方法是在结构中引入易使其产生畸变的非线性光学功能基元，这些基元主要有含有d0，d10电子结构的过渡金属阳离子多面体或含孤电子对的金属阳离子多面体。然而，这些结构基元常常使材料的紫外截止边红移，使之不能用于紫外区。而硼酸盐的特点就是有利于紫外辐射的透过，在硼酸盐中己经发现了许多优秀的非线性光学晶体，例如BBO(β-BBO)、LBO(LiB3O5)晶体、CBO(CsB3O5)晶体、CLBO(CsLiB6O10)晶体和KBBCL(KBe2BO3CL2)晶体。虽然这些材料的晶体生长技术已日趋成熟，但仍存在着明显的不足之处：如晶体易潮解、生长周期长、层状生长习性严重及价格昂贵等。因此，合成新的非线性光学晶体材料仍然是一个非常重要而艰巨的工作。在发展新型紫外非线性光学晶体时，人们仍然选择透光范围宽，激光损伤阈值大的硼酸盐晶体，并且为了进一步的拓宽透光范围，使其紫外截止边能达到深紫外，阳离子通常使用没有d-d电子跃迁的碱金属或碱土金属，并且在硼酸盐骨架中引入卤素离子。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种化合物氯硼酸钡，该化合物化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，采用固相反应法合成化合物。本专利技术另一目的在于提供一种氯硼酸钡非线性光学晶体，该晶体的化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，不具有对称中心，属六方晶系，空间群P63mc，晶胞参数为本专利技术再一目的在于提供采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长氯硼酸钡非线性光学晶体的制备方法。本专利技术又一个目的在于提供一种氯硼酸钡非线性光学器件的用途，用于制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器。本专利技术所述的一种化合物氯硼酸钡，该化合物的化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，采用固相反应法合成化合物。一种化合物氯硼酸钡非线性光学晶体，该晶体的化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，不具有对称中心，属六方晶系，空间群P63mc，晶胞参数为所述化合物氯硼酸钡非线性光学晶体的制备方法，采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：a、将含钡、含氯和含硼化合物按摩尔比9:1:3-6称取放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至650℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至750℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至900℃，恒温48小时，取出经研磨得到氯硼酸钡化合物单相多晶粉末，再对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与氯硼酸钡Ba7B3O11Cl单晶结构得到的X射线谱图是一致的；b、将步骤a得到的单相多晶粉末与助熔剂混合均匀，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度650-1200℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至温度610-1000℃，其中氯硼酸钡化合物单相多晶粉末与助熔剂的摩尔比为1:1-12；或直接将含钡、含氯和含硼化合物与助熔剂混合均匀，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度650-1200℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至温度610-1000℃，其中含钡、含氯和含硼化合物与助熔剂的摩尔比为9:1:6:1-12；c、制备氯硼酸钡籽晶：将步骤b得到的混合熔液以温度0.5-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得氯硼酸钡籽晶；d、将盛有步骤b制得的混合熔液的坩埚置入晶体生长炉中，将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先预热籽晶5-60分钟，将籽晶下至接触混合熔液液表面或下至混合熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，以温度1-60℃/h的速率降至温度750-945℃；e、再以温度0.1-5℃/天的速率缓慢降温，以0-60rpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度1-80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到氯硼酸钡非线性光学晶体。步骤a所述含钡化合物为碳酸钡、硝酸钡、氧化钡、氢氧化钡、碳酸氢钡或草酸钡；含氯化合物为氯化钡；含硼化合物为H3BO3或B2O3。步骤b所述助熔剂为NaCl-H3BO3、H3BO3-Na2O、Na2O-PbO、LiCl-PbO、NaCl-PbO或H3BO3-PbO。步骤b助熔剂NaCl-H3BO3体系中NaCl与H3BO3的摩尔比为1－5:3－6；LiCl-PbO或NaCl-PbO体系中氯化物与氧化铅的摩尔比为1－5:1－6；H3BO3-PbO或H3BO3-Na2O体系中硼酸与氧化物的摩尔比为2-5:1-5；Na2O-PbO体系中氧化钠与氧化铅的摩尔比为1－5:0.1－6。所述氯硼酸钡非线性光学晶体在制备倍频发生器、上频率转换器、下频率转换器或光参量振荡器的用途。本专利技术所述的化合物氯硼酸钡及氯硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途，其中化合物氯硼酸钡Ba7B3O11Cl与专利号201010553377.1化学式Ba2B5O9Cl相比其结构完全不同。尽管Ba2B5O9Cl和Ba7B3O11Cl结构中含有相同元素，然而两个结构却有完全不同的晶体结构，首先，Ba2B5O9Cl结晶在正交的PNN2空间群，为双轴晶，而Ba7B3O11Cl则结晶于六方的P63MC空间群，是单轴晶。两者的结构也有许多不同，如Ba2B5O9Cl中，B的含量较高，B-O基团相互连接形成了三维网络，而对于Ba7B3O11Cl，B-O基团则为孤立的BO3三角形。综上所述，尽管Ba2B5O9Cl和Ba7B3O11Cl结构中含有相同元素，但它们是完全不同的晶体结构。本专利技术所述的氯硼酸钡化合物，其化学式为Ba7B3O11Cl；采用固相反应法按下列化学反应式制备氯硼酸钡化合物:(1)13BaCO3+BaCl2+6H3BO3→2Ba7B3O11Cl+13CO2↑+9H2O↑(2)13Ba(NO3)2+BaCl2+6H3BO3→2Ba7B3O11Cl+26NO2↑+6.5O2+9H2O↑(3)13BaO+BaCl2+6H3BO3→2Ba7B3O11Cl+9H2O↑(4)13Ba(OH)2+BaCl2+6H3BO3→2Ba7B3O11Cl+22H2O↑(5)13Ba(HCO3)2+BaCl2+6H3BO3→2Ba7B3O11Cl+26CO2↑+22H2O↑(6)13BaCO3+BaCl2+3B2O3→2Ba7B3O11Cl+13CO2↑(7)13Ba(NO3)2+BaCl2+3B2O3→2Ba7B3O11Cl+26NO2↑+6.5O2↑(8)13BaO+BaCl2+3B2O3→2Ba7B3O11Cl(9)13Ba(OH)2+BaCl2+3B2O3→2Ba7B3O11Cl+13H2O↑(10)13Ba(HCO3)2+BaCl2+3B2O3→2Ba7B3O11Cl+26CO2↑+13H2O↑(11)13BaC2O本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种化合物氯硼酸钡，其特征在于该化合物的化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，采用固相反应法合成化合物。
【技术特征摘要】
1.一种化合物氯硼酸钡，其特征在于该化合物的化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，采用固相反应法合成化合物。2.一种化合物氯硼酸钡非线性光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Ba7B3O11Cl，分子量1205.26，不具有对称中心，属六方晶系，空间群P63mc，晶胞参数为a=11.2266(17)Å，c=7.214(2)Å，Z=2，V=787.4(3)Å3。3.根据权利要求2所述的化合物氯硼酸钡非线性光学晶体的制备方法，其特征在于采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：a、将含钡化合物为碳酸钡、硝酸钡、氧化钡、氢氧化钡、碳酸氢钡或草酸钡，含氯化合物为氯化钡和含硼化合物为H3BO3或B2O3按摩尔比9:1:3-6称取放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至650℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至750℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至900℃，恒温48小时，取出经研磨得到氯硼酸钡化合物单相多晶粉末，再对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与氯硼酸钡Ba7B3O11Cl单晶结构得到的X射线谱图是一致的；b、将步骤a得到的单相多晶粉末与助熔剂为NaCl-H3BO3、H3BO3-Na2O、Na2O-PbO、LiCl-PbO、NaCl-PbO或H3BO3-PbO混合均匀，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度650-1200℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至温度610-1000℃，其中氯硼酸钡化合物单相多晶粉末与助熔剂的摩尔比为1:1-12；或直接将含钡化合物为碳酸钡、硝酸钡、氧化钡、氢氧化钡、...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘世烈，李弘毅，鹿毅，俞洪伟，吴红萍，
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
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