專利名稱：一種非線性光學(xué)晶體水合十三硼酸鋅鉀及其制備和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非線性光學(xué)材料水合十三硼酸鋅鉀(化學(xué)式=K7KBO3) Zn [B12O18 (OH) 6]} · H2O)的制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
非線性光學(xué)(Nonlinear Optics, NL0)是現(xiàn)代光學(xué)的一個新領(lǐng)域，是研究在強光作用下物質(zhì)的響應(yīng)與場強呈現(xiàn)的非線性關(guān)系的科學(xué)。在眾多的非線性光學(xué)效應(yīng)中，倍頻效應(yīng) (SHG)是最引人注目也是研究得最多的非線性效應(yīng)。具有非線性效應(yīng)的光學(xué)材料在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，特別是若干民用和軍事高科技領(lǐng)域中，例如光電通訊、光信息存儲、集成電路、光開關(guān)、光限制器、彩色激光打印、激光致盲武器、海洋魚群探測等，都有一系列重要應(yīng)用。長期以來，非線性光學(xué)的硼酸鹽晶體一直是人們的研究熱點。比如已實際應(yīng)用的非線性光學(xué)硼酸鹽晶體就包括LiB3O5(LBO), β-BaB2O4(BBO), BW3O6 (BIBO)等。研究表明硼酸鹽化合物相比其它類型的化合物更易形成非中心對稱的結(jié)構(gòu)，而非心的結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)的前提條件。但在所有硼酸鹽物質(zhì)中，仍有絕大部分硼酸鹽為中心對稱結(jié)構(gòu)。 如果在組成骨架的硼簇上嫁接非對稱單元，則可將中心對稱的硼酸鹽骨架轉(zhuǎn)換為非對稱結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生非線性光學(xué)性質(zhì)?；诖擞^點，我們在中心對稱的[B12Ow (OH) 6]6_上嫁接扭曲的O2ZnO3四方錐，從而得到非心化合物K7 {(BO3) Zn [B12O18 (OH) 6]} -H2O0測試表明，其具有良好的非線性光學(xué)性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于制備一種非線性光學(xué)晶體水合十三硼酸鋅鉀(化學(xué)式 K7 {(BO3) Zn [B12O18 (OH) 6]} · H2O)，其技術(shù)方案如下我們選擇ZnAc2 · 2Η20與K2B4O7 · 4Η20作原料，其摩爾比為1 3，采用水和DMF作混合溶劑，在180°C下，利用Si-O多面體、BO3三角形與硼簇協(xié)同組裝成非心結(jié)構(gòu)，并以K+作抗衡離子來平衡陰離子電荷。值得注意的是，DMF在合成中不可缺少，如果缺少DMF則得不到目標化合物。我們測得該化合物的單晶結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下化學(xué)式為K7 {(BO3) Zn [B12O18 (OH) 6] }· H2O,分子量為953. 81，屬正交晶系，空間群 Pmr^1,單胞參數(shù)為 α = 12. 3651 (4), b = 9. 0961 (3)，c = 13. 0405 (5) Α, α = β = Y = 90°，V = 1466. 72 (9) A3, Z = 2。在水合十三硼酸鋅鉀的結(jié)構(gòu)中，二個BO4和一個BO2(OH)通過共頂點聚合成一個[BO3O6(OH)]4-陰離子單元。六個[BO3O6(OH)]4-陰離子單元通過共用BO4上的氧頂點進一步聚合成含有六個3-元環(huán)和一個6-元環(huán)的對稱的[B12O18(OH)6]6_陰離子簇。Si2+與五個氧原子配位形成扭曲的O2SiO3四方錐構(gòu)型，該O2SiO3四方錐通過與BO3共邊，同時與[B12O18(OH)6]6_環(huán)狀簇陰離子共面并夾在BO3和[B12O18(OH)6]6_間形成非對稱的{(BO3) &ι[Β12018(0Η)6]}7_陰離子簇。陰離子簇之間通過氫鍵相連形成二維超分子網(wǎng)絡(luò)，K+填充在簇與簇之間用于平衡負電荷。非線性光學(xué)測量表明，水合十三硼酸鋅鉀具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性能，在1064nm 激光照射下輸出很強的532nm綠光，其粉末SHG系數(shù)為KDP的2倍，與LBO相當。預(yù)期在激光頻率轉(zhuǎn)換、電光調(diào)制、光折變信息處理等高科技領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價值。本發(fā)明提供的水合十三硼酸鋅鉀是通過水(劑)熱合成方法生長出的晶體。本發(fā)明所采用的材料制備方法具有工藝簡單、產(chǎn)率高及重復(fù)性好等優(yōu)點。該材料的優(yōu)點是不易溶于一般的溶劑。
具體實施例方式1、化合物的制備0. 219g ZnAc2 ·2Η20 與 0. 307g K2B4O7 ·4Η20 的混合物中加入 5mL DMF 和 ImL 水，持
續(xù)攪拌待固體物質(zhì)完全溶解后轉(zhuǎn)移到23mL內(nèi)襯聚四氟乙烯襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，在180°C 的烘箱中反應(yīng)7天，自然冷卻到室溫，抽濾、蒸餾水洗滌，空氣中干燥，得到無色棱柱狀晶體。2、性能測試我們對水合十三硼酸鋅鉀進行光學(xué)性能測試，其二階非線性光學(xué)效應(yīng)約為KDP的 2倍。
權(quán)利要求
1.一種非線性光學(xué)晶體水合十三硼酸鋅鉀，特征在于其化學(xué)式SK7KBO3) Zn[B12O18(OH)6]} · H2O,分子量為:953. 81，屬正交晶系，空間群PmM1，單胞參數(shù)為a = 12. 3651 (4), b = 9. 0961(3)，c = 13. 0405(5) Α, α = β = Y = 90°，V= 1466. 72(9) A3, Z = 2。
2.—種權(quán)利要求1的水合十三硼酸鋅鉀的制備方法，其特征在于采用溶劑熱法制備。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于采用ZnAc2·2Η20，K2B4O7 ·4Η20為原料， 其摩爾比為1 3，在DMF和水的混合溶劑中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為180°C。
4.一種權(quán)利要求1的水合十三硼酸鋅鉀的潛在用途，其特征在于該晶體用于光電通訊、光信息存儲、集成電路、光開關(guān)、光限制器、彩色激光打印、激光致盲武器、海洋魚群探測、激光頻率轉(zhuǎn)換、電光調(diào)制、光折變信息處理等領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非線性光學(xué)晶體水合十三硼酸鋅鉀及其制備和用途。該晶體化學(xué)式為K7{(BO3)Zn[B12O18(OH)6]}·H2O，分子量為953.81，屬正交晶系，空間群Pmn21，單胞參數(shù)為a＝12.3651(4)，b＝9.0961(3)，α＝β＝γ＝90°，Z＝2。采用水(劑)熱法制備。水合十三硼酸鋅鉀具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性能，其粉末SHG系數(shù)為KDP的2倍，與LBO相當。
文檔編號C30B29/22GK102191547SQ201010116228
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者楊國昱, 榮成 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所