四硼酸六锂双折射晶体的制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种四硼酸六锂双折射晶体的制备方法和用途，该晶体化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
四硼酸六锂双折射晶体的制备方法和用途
本专利技术涉及一种用于红外-深紫外波段的分子式为Li6B4O9的四硼酸六锂双折射晶体的制备方法和应用。
技术介绍
光束入射到各向异性的晶体时会分解为两束沿不同方向光，这种现象称为双折射现象。产生双折射现象的晶体可分为单轴晶体和双轴晶体，三方、四方或六方晶系的晶体是单轴晶体，正交、单斜和三斜晶系的晶体称为双轴晶体。晶体的双折射是电光功能材料的重要光学性能参数，伴随着近年来光通讯技术的迅猛发展，双折射晶体成为制作格兰棱镜、渥拉斯顿棱镜等偏振分束棱镜等光学元件的关键材料。常用的双折射晶体材料主要有YVO4晶体、金红石晶体、LiNbO3晶体、方解石晶体、MgF2晶体以及α-BaB2O4晶体等。YVO4是一种性能良好的人工双折射晶体，而且容易用提拉法生长出大尺寸高光学品质的晶体，但是它的透过范围是400-5000nm，不能用于紫外区。金红石虽然双折射大但由于硬度大加工器件难度较大。LiNbO3晶体易于得到大尺寸晶体，但双折射率太小。主要以天然形式存在的方解石晶体杂质含量比较高，人工合成比较困难，一般尺寸都比较小，无法满足大尺寸光学偏光元件的要求，普通方解石晶体只能使用于350nm以上波段，紫外光学级方解石晶体获得困难，其使用波段也无法达到深紫外区(<200nm)。MgF2晶体是一种应用于深紫外很好的材料，它的透过范围宽(110-8500nm)，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，且光束分离角小，器件尺寸大，使用不便。α-BaB2O4由于存在固态相变，很容易在晶体生长过程中开裂。因此，急需探索新的能够克服现有双折射晶体缺点的双折射晶体材料从而满足光通讯技术等领域发展的迫切需求。本专利技术提供的Li6B4O9双折射晶体是一个中心对称的化合物，它的晶体结构在2014年已经被法国人GwenaelleRousse在无机化学杂志上报道过，在晶体结构中每四个BO3基团通过共顶点连接形成短链，他们的平行排列有利于晶体产生大的双折射率。本专利技术提供的方法能够生长出的大尺寸Li6B4O9双折射晶体，光学性质测试的结果表明：Li6B4O9双折射晶体的透光范围为180-3450nm,在该波段的双折射率在0.087-0.190之间，适合作为红外-深紫外双折射晶体材料，尤其是在紫外深紫外区具有较高的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供四硼酸六锂双折射晶体的制备方法，该晶体化学式为Li6B4O9，分子量228.88，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为c＝9.197(3)β＝92.587(5)°,Z＝4。采用助溶剂法生长晶体，通过本专利技术所述方法获得的四硼酸六锂双折射晶体为负双轴晶体，透过范围180-3450nm，在该波段范围内双折射率为0.087-0.190之间。本专利技术的另一目的在于提供四硼酸六锂Li6B4O9双折射晶体的用途。本专利技术所述的一种四硼酸六锂双折射晶体的制备方法，该晶体化学式为Li6B4O9，分子量228.88，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为c＝9.197(3)β＝92.587(5)°,Z＝4；采用助溶剂法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：a、将含锂化合物为氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂或草酸锂，含硼化合物为硼酸或氧化硼，按摩尔比锂:硼＝3:2混合均匀并充分研磨，然后放入刚玉坩埚内在温度300℃预烧8小时，取出研磨并压实，之后每次升温30-50℃并在相应的温度保温12小时，取出研磨并压实，重复此过程直至温度升到600℃，最后在600℃保温3天，得到四硼酸六锂化合物的多晶粉末，对其进行X射线分析，所得X射线谱图与Li6B4O9单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；b、将合成的四硼酸六锂化合物与助熔剂氢氧化锂、碳酸锂或氯化锂混合均匀后装入铂金坩埚中，加热温度至600-650℃，恒温24小时，得到含四硼酸六锂与助熔剂的混合熔液，其中四硼酸六锂与助熔剂的摩尔比为1:0.5-2；c、制备籽晶：将固定在籽晶杆下端的铂金丝下至步骤b到的混合熔液中，以温度0.5-3℃/h的速率缓慢降温至铂金丝上出现晶体，再以温度0.1-3℃/d的速率缓慢降温，待晶体生长到所需尺寸后，将其提离液面，并以温度10-30℃/h降温速率降至室温，获得四硼酸六锂籽晶；d、将盛有步骤b制得的装有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，降温至575-625℃，将籽晶从晶体生长炉顶部下入炉膛中，先将籽晶在混合熔液液面上预热10-20分钟，然后将籽晶下至接触混合熔液，恒温3-5分钟，快速降温至568-620℃，再以温度0.1-2℃/d的速率缓慢降温，以0-20r/min转速旋转籽晶杆，同时以O-2mm/h的速度向上提拉晶体，待晶体生长到所需尺寸后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度10-50℃/h的降温速率降至室温，将晶体从炉膛中取出，即可得到厘米级四硼酸六锂双折射晶体。步骤a中所述的含锂化合物和含硼化合物纯度≥99.0％。步骤b中助熔剂纯度≥99.0％。所述方法获得的四硼酸六锂双折射晶体在制备偏振分束棱镜中的用途。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。本专利技术所述方法得到的四硼酸六锂双折射晶体，该晶体用于红外-深紫外波段，为负双轴晶体，透过范围180-3450nm，双折射率为0.087(3450nm)-0.190(180nm)之间。本专利技术所述四硼酸六锂双折射晶体，制备中涉及的化学方程式为：3Li2CO3+4H3BO3→Li6B4O9+CO2↑+H2O↑3LiOH+2H3BO3→Li6B4O9+H2O↑3Li2O+4H3BO3→Li6B4O9+H2O↑3LiNO3+2H3BO3→Li6B4O9+NO2↑+H2O↑3Li2C2O4+2B2O3→Li6B4O9+CO2↑3LiCH3COO+B2O3→Li6B4O9+CO2↑+H2O↑本专利技术所述方法获得的的四硼酸六锂双折射晶体的透光范围宽(180nm-3600nm)，双折射率大(可透过范围内的折射率在0.087-0.190之间)，可用于紫外深紫外波段(180-350nm)。同时，用本专利技术提供的方法易于获得大尺寸单晶，该晶体易于加工，不易潮解；在制备用于深紫外的偏振分束棱镜方面易于得到广泛应用。附图说明图1为用于红外-深紫外波段的Li6B4O9双折射晶体的结构图；图2为用于红外-深紫外波段的Li6B4O9双折射晶体的XRD图；图3用于红外-深紫外波段的Li6B4O9双折射晶体的照片图；图4为本专利技术楔形双折射晶体偏振分束器示意图。具体实施方式实施例1，助熔剂法生长Li6B4O9双折射晶体：按化学方程式：3Li2CO3+4H3BO3→Li6B4O9+CO2↑+H2O↑合成化合物，所用Li2CO3和H3BO3原料为分析纯(≥99％)：a、将Li2CO3和H3BO3按摩尔比锂:硼＝3:2混合均匀并充分研磨，然后放入刚玉坩埚内在温度300℃预烧8小时，取出研磨并压实，之后每次升温30℃并在相应的温度保温12小时，取出研磨并压实，重复此过程直至温度升到600℃，最后在600℃保温3天，得到四硼酸六锂化合物的多晶粉末，对其进行X射线分析，所得X射线谱图与Li6B4O9单晶研磨成粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四硼酸六锂双折射晶体的制备方法，其特征在于该晶体化学式为Li

【技术特征摘要】
1.一种四硼酸六锂双折射晶体的制备方法，其特征在于该晶体化学式为Li6B4O9，分子量228.88，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为a=3.329(6)Å，b=23.451(9)Å，c=9.197(3)β=92.587(5)°,V=710.68(4)Å3，Z=4；采用助溶剂法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：a、将含锂化合物为氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂或草酸锂，含硼化合物为硼酸或氧化硼，按摩尔比锂:硼=3:2混合均匀并充分研磨，然后放入刚玉坩埚内在温度300℃预烧8小时，取出研磨并压实，之后每次升温30-50℃并在相应的温度保温12小时，取出研磨并压实，重复此过程直至温度升到600℃，最后在600℃保温3天，得到四硼酸六锂化合物的多晶粉末，对其进行X射线分析，所得X射线谱图与Li6B4O9单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；b、将合成的四硼酸六锂化合物与助熔剂氢氧化锂、碳酸锂或氯化锂混合均匀后装入铂金坩埚中，加热温度至600-650℃，恒温24小时，得到含四硼酸六锂与助熔剂的混合熔液，其中四硼酸六锂与助熔剂的摩尔比为1:0.5-2；c、制备籽晶：将固定在籽晶杆下端的铂金丝下至步骤b到的混合熔液中，以温度0.5-3℃/h的速率缓慢降温至铂金丝上出...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘世烈，陈幸龙，张方方，
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