本文關鍵詞：復合堿金屬硼酸鹽光學晶體材料探索與性質(zhì)研究

  更多相關文章： 雙折射晶體 非線性光學晶體 硼酸鹽 晶體結構 孤立B-O基團

【摘要】：硼酸鹽具有豐富的結構類型和優(yōu)良的物理化學性能,因此在光學材料領域有廣泛的應用。本論文主要探索合成與生長新型光電功能晶體材料,尤其是深紫外雙折射晶體和堿金屬化合物晶體,主要通過以下思路和策略:(1)引入無d-d軌道電子躍遷的堿金屬元素,以探索紫外/深紫外光電功能材料;(2)通過高溫熔液法探索復合堿金屬晶體;(3)引入共價性較強的離子,獲得含有孤立基元的化合物;(4)用經(jīng)典理論如陰離子基團理論、根據(jù)P.Becker理論來指導調(diào)節(jié)陽離子與B的比例,來獲得含有孤立的B-O基元的化合物。通過實驗思路,獲得了具有雙折射效應的化合物NaBO_2晶體;LiNaB_8O_(13)和α、β-LiKB_8O_(13)復合堿金屬晶體;非線性光學性能化合物Al_5BO_9晶體以及含孤立B-O基團的Li_2Na_2B_2O_5,Li_6Zn_3B_4O_(12)晶體。1.深紫外雙折射晶體NBO晶體生長及性質(zhì)研究通過陰離子基團理論以及引入堿金屬陽離子發(fā)現(xiàn)了具有深紫外雙折射效應的晶體NBO,并通過頂部籽晶法和提拉法生長出尺寸為15 mm×15 mm×6 mm的高質(zhì)量單晶,加工出相關器件,系統(tǒng)測試表征了其光學性質(zhì)和熱學性質(zhì):NBO具有理想的雙折射率,在透過范圍(170 nm-3.35μm),雙折射率Δn=0.2653-0.0763;紫外截止邊為175nm,比α-BBO藍移16nm,實驗表明:其激光損傷閾值大于1GW/cm~2,有利于有效的應用于深紫外波段;NBO的單晶生長原料比較簡單,對生長條件的控制比較容易,原料費用較低并且容易獲得;同時,NBO相對于α-BBO較容易生長,可以有效控制其在晶體生長和應用過程中的開裂等不利因素;晶體熱學穩(wěn)定性好,激光損傷閾值較大,有利于實際應用。對NBO晶體的提拉生長工藝也進行了探索研究,提拉生長出了大尺寸23 mm×24mm×6 mm NBO單晶。2.通過高溫熔液法得到了LiNaB_8O_(13)和α、β-LiKB_8O_(13)復合堿金屬晶體,并對結構及性質(zhì)進行研究硼酸鹽具有豐富的結構類型,是探索新型化合物的優(yōu)選體系。B原子在同O原子結合的時候,可以采用兩種配位方式BO_3和BO_4。進而BO_3和BO_4又可以形成各種聚合度的硼氧基團,包括孤立的、島狀的、環(huán)狀的、鏈狀的、層狀的以及三維網(wǎng)絡結構,B-O結構的多樣性為我們探索新型硼酸鹽提供了豐富的結構資源。LiNaB_8O_(13),α、β-LiKB_8O_(13)結構中的B-O基團均由四連接的B_5O_(10)和B_3O_7組成。值得注意的是,由于B_3O_7結構的不對稱性,B_5O_(10)和B_3O_7相互連接時可按照豐富的鏈接模式,造成結構的多樣性,這也是A2B8O13(或AA'B8O13)體系中存在較多高低溫相的原因。在化合物LiNaB_8O_(13)和β-LiKB_8O_(13)的基本基團中一個[B_5O_(10)]~(5-)連接四個[B_3O_7]5-,此類連接方式分為mode I;在α-LiKB_8O_(13)化合物中一個[B_5O_(10)]~(5-)連接兩個[B_3O_7]5-和兩個[B_5O_(10)]~(5-),這種類型的化合物連接方式為mode II。進一步細致的研究mode I,又可以根據(jù)[B_5O_(10)]~(5-)一個環(huán)上的兩個端氧或者兩個環(huán)上的兩個端氧與[B_3O_7]5-中的[BO_4]5-相連方式的不同,分為mode IA和mode IB(mode IA:LiNaB_8O_(13),mode IB:β-LiKB_8O_(13))。同樣的根據(jù)mode II中[B_5O_(10)]~(5-)里的一個環(huán)是否連接兩個或者一個[B_3O_7]5-,mode II可分為mode IIA和mode IIB。通過拓撲結構進一步闡述[B_5O_(10)]~(5-)和[B_3O_7]5-的連接方式。3.具有非線性光學性能化合物Al_5BO_9晶體的設計合成與性質(zhì)研究通過引入共價性較強的離子,獲得了非中心對稱且含有孤立基元的鋁硼酸鹽化合物Al_5BO_9。在該化合物結構中包含有平行排列的平面三角形狀BO_3、四面體Al O_4和八面體Al O6。從該晶體材料上看只有B-O和Al-O形成的共價鍵,進而值得我們探索結構性能關系以及線性和非線性的光學性能。通過電子結構的計算和SHG電子密度及多面體偶極矩的計算我們進一步闡述在該晶體材料中非線性光學性能的來源。從計算結果上看Al-O多面體對SHG的貢獻大于BO_3基團。這為以后探索新的無機材料提供了方向。4.含孤立B-O基團Li_2Na_2B_2O_5,Li_6Zn_3B_4O_(12)晶體的設計合成與性質(zhì)研究根據(jù)P.Becker理論,當陽離子與硼之比不小于1時,利于B-O基元化合物引入共價性離子阻止B-O聚合,獲得孤立平面基元。其優(yōu)點為,平面基元構型易極化,有利于獲得較強的非線性光學效應。平面基元具有共軛π軌道,平行排列時電子布局較大,利于獲得大的雙折射率,硼酸鹽體系粘度一般較大,含孤立B-O基元粘滯力小,利于新化合物的合成及晶體生長。根據(jù)以上分析,把金屬陽離子調(diào)整到與B的比大于1,獲得了含有孤立平行排列的B2O5基團化合物Li_2Na_2B_2O_5和含有孤立平行排列的BO_3基團化合物Li6Zn B4O12。
【關鍵詞】：雙折射晶體 非線性光學晶體 硼酸鹽 晶體結構 孤立B-O基團
【學位授予單位】：昌吉學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O734
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 1 緒論16-34
• 1.1 引言16
• 1.2 光電功能晶體材料16-19
• 1.2.1 非線性光學晶體16-18
• 1.2.2 雙折射晶體18-19
• 1.2.3 閃爍晶體材料19
• 1.2.4 熒光材料19
• 1.3 堿金屬硼酸鹽光學晶體材料19-22
• 1.4 非線性光學晶體的探索22
• 1.5 新型深紫外硼酸鹽雙折射晶體的探索22-23
• 1.6 經(jīng)典理論指導化合物的設計合成23-25
• 1.6.1 陰離子基團理論23-24
• 1.6.2 P. Becker理論24-25
• 1.7 晶體生長25-26
• 1.7.1 晶體生長的必要條件25-26
• 1.7.2 晶體生長方法26
• 1.8 晶體生長基本過程26-27
• 1.9 晶體質(zhì)量要求27-28
• 1.10 實驗測試方法28-29
• 1.10.1 晶體結構測定28-29
• 1.10.2 粉末X射線衍射29
• 1.10.3 紅外光譜29
• 1.10.4 紫外-可見-近紅外漫反射和透射光譜29
• 1.11 本論文的主要研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點29-34
• 1.11.1 本論文研究思路29-31
• 1.11.2 主要研究內(nèi)容31-32
• 1.11.3 本論文創(chuàng)新點32-34
• 2 雙折射材料NBO晶體的合成，生長及性質(zhì)研究34-57
• 2.1 引言34-35
• 2.2 NBO化合物的純相的合成35-36
• 2.3 NBO單晶測試36-37
• 2.4 NBO的結構討論37-39
• 2.5 NBO的熱學性質(zhì)測試39-40
• 2.6 NBO的光學性質(zhì)測試分析40-42
• 2.6.1 NBO晶體透過光譜40-41
• 2.6.2 NBO紅外光譜圖41-42
• 2.7 晶體的折射理論42-45
• 2.8 NBO折射率計算45
• 2.9 提拉法的生長工藝45-49
• 2.10 提拉法生長NBO晶體49-51
• 2.11 頂部籽晶法生長NBO晶體51-56
• 2.11.1 單晶生長爐的結構圖51-53
• 2.11.2 晶體生長53-55
• 2.11.3 提拉法、頂部籽晶法影響晶體生長的因素55-56
• 2.12 本章小結56-57
• 3 化合物LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)的設計合成及性能表征57-79
• 3.1 引言57-58
• 3.2 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)的設計合58-59
• 3.2.1 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)單晶生長58
• 3.2.2 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)粉末、單晶合成58-59
• 3.3 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)的晶體結構討論59-64
• 3.4 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)單晶結構分析64-74
• 3.5 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)光學性能測試74-75
• 3.5.1 LiNaB_8O_(13)，，α、β-LiKB_8O_(13) UV-Vis-NIR漫反射光譜74
• 3.5.2 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)紅外光譜測試74-75
• 3.6 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)熱學性能測試75-76
• 3.7 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)電子結構的理論計算76-77
• 3.8 本章小結77-79
• 4 Al_5BO_9非線性光學性能研究和計算79-92
• 4.1 引言79
• 4.2 Al_5BO_9單晶生長及晶體結構解析79-82
• 4.3 Al_5BO_9粉末純相合成82
• 4.4 Al_5BO_9熱學性質(zhì)的研究82-83
• 4.5 Al_5BO_9光學性質(zhì)的測試83-85
• 4.5.1 Al_5BO_9紫外?可見?近紅外漫反射光譜83-84
• 4.5.2 Al_5BO_9紅外光譜測試84-85
• 4.6 Al_5BO_9粉末倍頻效應測試85-87
• 4.7 Al_5BO_9結構性能關系87-90
• 4.8 Al_5BO_9結構描述90-91
• 4.9 本章小結91-92
• 5 含孤立B-O基團化合物的設計合成92-107
• 5.1 引言92-93
• 5.2 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)化合物的設計思路93
• 5.3 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)純相的合成93-94
• 5.4 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)單晶生長及結構確定94-97
• 5.5 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)結構描述97-104
• 5.6 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)光學性質(zhì)測試104-105
• 5.6.1 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)的紅外光譜104-105
• 5.6.2 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)的紫外-可見-近紅外漫反射光譜105
• 5.7 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)熱重曲線圖105-106
• 5.8 本章小結106-107
• 6 總結與展望107-109
• 6.1 總結107-108
• 6.2 展望108-109
• 參考文獻109-119
• 攻讀碩士學位期間所取得的科研及實踐成果119-120
• 致謝120-122
• 作者簡介122

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 任國光;黃裕年;;用激光紅外干擾系統(tǒng)保護軍用和民航機[J];激光與紅外;2006年01期

2 周國清,徐軍,徐科,鄧佩珍,干福熹;高溫相偏硼酸鋇α-BaB_2O_4晶體的結晶習性[J];人工晶體學報;2000年01期

3 陳創(chuàng)天,吳柏昌,江愛棟,尤桂銘;A NEW-TYPE ULTRAVIOLET SHG CRYSTAL——β-BaB_2O_4[J];Science in China,Ser.B;1985年03期

4 陳創(chuàng)天;晶體電光和非線性光學效應的離子基團理論(Ⅰ)——利用氧八面體畸變模型計算BaTiO_3晶體電光及倍頻系數(shù)[J];物理學報;1976年02期

本文編號：847763