3-銻4-鋅酸鉀化合物、單晶體及其製備方法和用途的製作方法
2023-05-16 15:20:01
專利名稱：3-銻4-鋅酸鉀化合物、單晶體及其製備方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及集非線性光學和發光性能一體的複合光學功能材料及其合成。
背景技術：
非線性光學晶體，具有倍頻效應(SHG)，在雷射頻率轉換、電光調製、光折變信息處 理等高科技領域有著重要應用價值。非線性光學材料在現代科學技術中，特別是若干軍事 和民用高科技領域中，例如潛艇深水通訊、雷射致盲武器、海洋魚群探測、光碟記錄、彩色激 光列印、雷射投影電視、光計算和光纖通訊等，都有一系列重要應用。目前實際應用的非線 性光學晶體包括 LiB3O5 (LBO)，β -BaB2O4 (BBO)，KH2PO4 (KDP)，KTiOPO4 (KTP)，LiNbO3 (LNO)與 BaTiO3(BTO)等。此外，發光材料製成用於光源的光發射二極體，在戶外大屏幕顯示，交通信 號，信息讀寫裝置，特別是光發射二極體產生的三基色光被廣泛用於白光照明，光裝飾等重 要的領域。目前實際應用或實驗室研發的藍光光發射二極體材料主要是GaN和ΖηΟ。在探 索非線性光學和發光材料中，我們從已知材料的結構出發，發現ZnO的空間群P6(3)mc，具 有非心結構，並且具有強的藍光發光性能以及深能級(Zn缺位和0缺位)寬譜帶白光發射 功能。因此，我們希望用其他原子部分取代Zn原子的位置或對ZnO進行加成，使其發生畸 變並調控能帶結構，以便得到性能優越的新型非線性光學和白光發光材料。有關這方面的 研究尚無文獻報導。
發明內容
本發明的目的之一在於製備3-銻4-鋅酸鉀化合物。本發明的目的之二在於製備3-銻4-鋅酸鉀單晶體。本發明製備的3-銻4-鋅酸鉀化合物，其化學式為KZn4Sb3O12，分子量為857. 83。3-銻4-鋅酸鉀化合物採用高溫法合成。具體而言，按K Zn Sb (摩爾比)= 1:8: 3稱量K2CO3, ZnO與Sb2O3，研碎，混合均勻，然後在高溫恆溫使其充分反應，即可得 到純相。前述高溫恆溫溫度為1200°C。本發明製備的3-銻4-鋅酸鉀單晶體，其化學式為KZn4Sb3O12，分子量為857. 83，屬 三方晶系，空間群 R3，單胞參數為 a= 10. 867(9)，b= 10. 867(9)，C= 7.301(8) Α, α = 90°，β = 90°，Y = 120°，V = 746. 7(11) A3,z = 3。從KZn4Sb3O12晶體的單胞圖可知，該單胞中，4個Zn原子與3個Sb原子通過0原 子交替連接，圍成一個一端開口的籠狀體，K原子處於該籠狀體偏向開口端處。KZn4Sb3O12晶 體中的Zn有兩種配位情況，如圖3. 9所示，位於單胞頂角處的Zn3原子與6個0原子配位， 而單胞內的其餘的3個Zn2與4個0配位，Sb原子與6個0原子相配位，所有的以Zn原子 和Sb原子為中心的配位多面體都存在一定的畸變。3-銻4-鋅酸鉀單晶體通過高溫法製備。具體而言，以鉀鹽，ZnCO3與Sb2O3為原料， 混合均勻研磨，預燒後研磨，然後再高溫恆溫，接著緩慢降溫，最後讓其自然冷卻到室溫，獲 得無色透明的片狀晶體。
前述鉀鹽可選用K2CO3或KCl或KN03。前述原料的加料比K Zn Sb (摩爾比) =2:4:1。前述製備方法中所述高溫為1600°C，緩慢降溫到室溫。
Kurtz粉末法測量表明，3-銻4_鋅酸鉀單晶體在1064nm雷射照射下輸出很強的 532nm綠光，其粉末SHG係數大致相當於KDP的一倍。此類非線性光學材料在現代科學技術 中，特別是若干軍事和民用高科技領域中，例如潛艇深水通訊、雷射致盲武器、海洋魚群探 測、光碟記錄、彩色雷射列印、雷射投影電視、光計算和光纖通訊等，都有一系列重要應用。
該晶體粉末的紫外-可見吸收光譜表明，其紫外吸收截止波長為302nm。從其螢光 光譜(激發波長273nm)可知其在400nm-700nm和700nm-850nm有兩個很寬的發射帶，第一 個發射帶的最高發射峰在524nm處，第二個發射帶在769nm處。這種銻鋅酸鹽的結構及發 光行為在國內外均未見報導，預期在製備白光照明材料和小型高功率固體雷射器及新的閃 爍材料方面有一系列重要應用。
圖 1. 3-銻ζ1-鋅酸鉀的單胞結構圖。
圖 2. 3-銻ζ1-鋅酸鉀的純相粉末圖。
圖 3. 3-銻ζι-鋅酸鉀的紫外-可見吸收光譜圖
圖 4. 3-銻ζ1-鋅酸鉀的螢光發射光譜圖。
具體實施例方式實施例1 3-銻4-鋅酸鉀粉末製備將按計量比稱量的K2CO3, ZnO與Sb2O3研碎，混合均勻，放入鉬坩堝中，在馬弗爐中 於1200°C反應數小時，即可得到純相，產率可達100%。實施例2 3-銻4-鋅酸鉀單晶體的製備將按K Zn Sb = 2 4 1比例稱好的K2CO3, ZnCO3與Sb2O3研磨，混合均 勻，放入銥坩堝中，放入箱式爐中在800°C預燒，研磨。最後在1600°C恆溫10h，然後分兩段 (1400°C和300°C)緩慢降溫，最後從300°C讓其自然冷卻到室溫，在坩堝底部得到許多無色 透明的片狀晶體。對該晶今進行了單晶X-射線衍射晶體學分析知其為3-銻4-鋅酸鉀，結 構如附圖1所示。其晶體學參數其化學式為KZn4Sb3O12，分子量為857. 83，屬三方晶系，空 間群 R3，單胞參數為 a = 10.867(9)，b = 10. 867 (9)，c= 7. 301(8) Α，α = 90°，β = 90° , Y = 120°，V = 746. 7 (Il)A3, ζ = 3。
權利要求
3 銻4 鋅酸鉀化合物，其化學式為KZn4Sb3O12，分子量為857.83。
2.—種權利要求1所述的3-銻4-鋅酸鉀化合物的製備方法，其特徵在於採用高溫 固相法合成，按K Zn Sb (摩爾比)=1:8: 3稱量K2CO3, ZnO與Sb2O3，研碎，混合均 勻，然後高溫恆溫使其充分反應，即可得到純相；前述製備方法中採用的高溫為1200°C。
3.—種權利要求1所述的3-銻4-鋅酸鉀化合物的用途，其特徵在於該化合物用於 製備白光發光材料或閃爍材料和白光照明材料。
4.一種3-銻4-鋅酸鉀單晶體，其特徵在於該單晶體化學式為KZn4Sb3O12,分子 量為857. 83，屬三方晶系，空間群R3，單胞參數為a = 10. 867 (9)，b = 10. 867 (9)， C= 7. 301(8) Α, α = 90°，β = 90°，Y = 120°，V = 746. 7 (11)Α3，Z = 3。
5.一種權利要求4的3-銻4-鋅酸鉀單晶體的製備方法，其特徵在於採用高溫固相合 成方法生長，以鉀鹽，ZnCO3與Sb2O3為原料，混合均勻研磨，預燒後研磨，然後1600°C恆溫， 接著緩慢降溫，最後讓其自然冷卻到室溫，獲得無色透明的片狀晶體；前述鉀鹽選用K2CO3 或KCl或KN03，原料的加料比為K Zn Sb (摩爾比)=4:8:1。
6.一種權利要求4的3-銻4-鋅酸鉀單晶體的用途，其特徵在於該非線性光學單晶 體用於潛艇深水通訊、雷射致盲武器、海洋魚群探測、光碟記錄、彩色雷射列印、雷射投影電 視、小型高功率固體雷射器、光計算或光纖通訊。
全文摘要
本發明涉及3-銻4-鋅酸鉀化合物、單晶體及其製備方法和用途。該晶體其化學式為KZn4Sb3O12，分子量為857.83，屬三方晶系，空間群R3，單胞參數為a＝10.867(9)，b＝10.867(9)，α＝90°，β＝90°，γ＝120°，Z＝3。採用高溫固相法製備。3-銻4-鋅酸鉀(KZn4Sb3O12)具有優良的非線性光學性能，其粉末SHG係數相當於KDP的一倍，發光波長覆蓋可見光區，在400-700nm及700-850nm有兩個寬的發射帶，最強發射峰分別位於524nm及769nm處，有望成為白光照明材料。
文檔編號G02F1/355GK101930148SQ200910112069
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者何長振, 張 浩, 楊松林, 林晨升, 程文旦 申請人:中國科學院福建物質結構研究所