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本文以新型复合硼酸盐非线性光学材料钒硼酸钠、溴硼酸钾及四水合硼酒石酸锶铵为主要研究内容,开展了对其合成、晶体生长、结构及性能等的研究。主要工作及结果如下:
1.通过顶部籽晶法生长出了一种新型非线性光学无色透明晶体钒硼酸钠。以Na2CO3-V2O5为助熔剂体系,降温速率0.8-1.5℃/天,在610-650℃生长出尺寸达29mm×15mm×8mm的晶体。解析了晶体的单晶结构,分子式为:Na3VO2B6O11,该化合物为正交晶系,空间群为P212121(No.19),晶胞参数为a=7.7359(9)(A),b=10.1884(12)(A),c=12.5697(15)(A),V=990.7(2)(A)3,Z=4。该晶体在空间呈三维网络结构,分子中含有VO4基团,六元B-O环聚阴离子,Na+离子分布在网络中。使用两种籽晶方向,生长出了两种不同形貌的晶体,并分析了该晶体的形貌。该晶体在可见光区的双折射率范围为0.037-0.042,在370-3000nm有较宽的透过范围,在410-3000nm范围内有大于80%的透过率,其紫外吸收边为3.70nm。用最小偏向角法测试了晶体的双折射率,拟合了其色散方程,该化合物有较宽的倍频相位匹配范围:427-2612nm。其非线性光学效应与KH2PO4(KDP)相当。该晶体的莫氏(Mohs)硬度为5.5,易溶于酸,在空气中稳定存在,不易潮解,但沿(001)面易解理。
2.首次通过高温溶液法合成了一种新型溴硼酸盐晶体溴硼酸钾。以K2O或Bi2O3为助熔剂,采用项部籽晶法生长出了尺寸为10mm×8mm×5mm该晶体。解析了晶体的单晶结构,分子式为:K3B6O10Br,该化合物为三方晶系,空间群为R3m(No.160),晶胞参数:a=b=10.1077(14)(A),c=8.8296(18)(A),Z=3。该晶体在空间呈三维结构,具有类钙钛矿结构,包含有BrK6以及B6O10基团,K+离子分布在三维网络结构中。该化合物紫外截至边约为200nm。分析了该化合物的红外光谱,热重以及元素含量,其非线性光学效应约为KDP的2.5倍。该晶体的莫氏硬度为5Mohs,在空气中弱潮解,易溶于酸。
3.报道了一种有机-无机杂化的非中心对称化合物四水合硼酒石酸锶铵。以SrCl2·6H2O,L(+)C4H4O6,H3BO3及NH3·H2O为原料,采用室温溶液法,通过调节溶液的pH值,生长出了该晶体。解析了其单晶结构,分子式为:(NH4)·Sr[L(+)一C4H2O6·B(OH)2]·4H2O,该化合物为三斜晶系,空间群为P1(No.1),晶胞参数:a=6.4633(10)(A),b=7.0452(13)(A),c=7.0745(12)(A),a=85.351(5)°,β=77.678(5)°,γ=73.276(4)°,Z=1。该化合物在空间中呈二维结构沿着c轴无限延伸,分子中含有SrO9多面体,BO4四面体,酒石酸分子,NH4+离子以及H2O分子,层与层之间通过范德华力和来自O-H…O以及N-H…O的氢键连接。测试了其红外光谱,紫外-可见漫反射光谱,分析了其热学性能,确定了元素组成。该化合物的非线性光学效应约为KDP的1.5倍。