發(fā)布時(shí)間：2017-09-14 04:05

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)合堿金屬硼酸鹽光學(xué)晶體材料探索與性質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 雙折射晶體 非線性光學(xué)晶體 硼酸鹽 晶體結(jié)構(gòu) 孤立B-O基團(tuán)

【摘要】：硼酸鹽具有豐富的結(jié)構(gòu)類型和優(yōu)良的物理化學(xué)性能,因此在光學(xué)材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本論文主要探索合成與生長(zhǎng)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(fù)合堿金屬晶體;(3)引入共價(jià)性較強(qiáng)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(tuán)理論、根據(jù)P.Becker理論來指導(dǎo)調(diào)節(jié)陽(yáng)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(shí)驗(yàn)思路,獲得了具有雙折射效應(yīng)的化合物NaBO_2晶體;LiNaB_8O_(13)和α、β-LiKB_8O_(13)復(fù)合堿金屬晶體;非線性光學(xué)性能化合物Al_5BO_9晶體以及含孤立B-O基團(tuán)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(zhǎng)及性質(zhì)研究通過陰離子基團(tuán)理論以及引入堿金屬陽(yáng)離子發(fā)現(xiàn)了具有深紫外雙折射效應(yīng)的晶體NBO,并通過頂部籽晶法和提拉法生長(zhǎng)出尺寸為15 mm×15 mm×6 mm的高質(zhì)量單晶,加工出相關(guān)器件,系統(tǒng)測(cè)試表征了其光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)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(lán)移16nm,實(shí)驗(yàn)表明:其激光損傷閾值大于1GW/cm~2,有利于有效的應(yīng)用于深紫外波段;NBO的單晶生長(zhǎng)原料比較簡(jiǎn)單,對(duì)生長(zhǎng)條件的控制比較容易,原料費(fèi)用較低并且容易獲得;同時(shí),NBO相對(duì)于α-BBO較容易生長(zhǎng),可以有效控制其在晶體生長(zhǎng)和應(yīng)用過程中的開裂等不利因素;晶體熱學(xué)穩(wěn)定性好,激光損傷閾值較大,有利于實(shí)際應(yīng)用。對(duì)NBO晶體的提拉生長(zhǎng)工藝也進(jìn)行了探索研究,提拉生長(zhǎng)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(fù)合堿金屬晶體,并對(duì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)進(jìn)行研究硼酸鹽具有豐富的結(jié)構(gòu)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(jié)合的時(shí)候,可以采用兩種配位方式BO_3和BO_4。進(jìn)而BO_3和BO_4又可以形成各種聚合度的硼氧基團(tuán),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(luò)結(jié)構(gòu),B-O結(jié)構(gòu)的多樣性為我們探索新型硼酸鹽提供了豐富的結(jié)構(gòu)資源。LiNaB_8O_(13),α、β-LiKB_8O_(13)結(jié)構(gòu)中的B-O基團(tuán)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(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性,B_5O_(10)和B_3O_7相互連接時(shí)可按照豐富的鏈接模式,造成結(jié)構(gòu)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L(fēng)iNaB_8O_(13)和β-LiKB_8O_(13)的基本基團(tuán)中一個(gè)[B_5O_(10)]~(5-)連接四個(gè)[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(gè)[B_5O_(10)]~(5-)連接兩個(gè)[B_3O_7]5-和兩個(gè)[B_5O_(10)]~(5-),這種類型的化合物連接方式為mode II。進(jìn)一步細(xì)致的研究mode I,又可以根據(jù)[B_5O_(10)]~(5-)一個(gè)環(huán)上的兩個(gè)端氧或者兩個(gè)環(huán)上的兩個(gè)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(gè)環(huán)是否連接兩個(gè)或者一個(gè)[B_3O_7]5-,mode II可分為mode IIA和mode IIB。通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)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(xué)性能化合物Al_5BO_9晶體的設(shè)計(jì)合成與性質(zhì)研究通過引入共價(jià)性較強(qiáng)的離子,獲得了非中心對(duì)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(jié)構(gòu)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(jià)鍵,進(jìn)而值得我們探索結(jié)構(gòu)性能關(guān)系以及線性和非線性的光學(xué)性能。通過電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算和SHG電子密度及多面體偶極矩的計(jì)算我們進(jìn)一步闡述在該晶體材料中非線性光學(xué)性能的來源。從計(jì)算結(jié)果上看Al-O多面體對(duì)SHG的貢獻(xiàn)大于BO_3基團(tuán)。這為以后探索新的無機(jī)材料提供了方向。4.含孤立B-O基團(tuán)Li_2Na_2B_2O_5,Li_6Zn_3B_4O_(12)晶體的設(shè)計(jì)合成與性質(zhì)研究根據(jù)P.Becker理論,當(dāng)陽(yáng)離子與硼之比不小于1時(shí),利于B-O基元化合物引入共價(jià)性離子阻止B-O聚合,獲得孤立平面基元。其優(yōu)點(diǎn)為,平面基元構(gòu)型易極化,有利于獲得較強(qiáng)的非線性光學(xué)效應(yīng)。平面基元具有共軛π軌道,平行排列時(shí)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(zhǎng)。根據(jù)以上分析,把金屬陽(yáng)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(tuán)化合物L(fēng)i_2Na_2B_2O_5和含有孤立平行排列的BO_3基團(tuán)化合物L(fēng)i6Zn B4O12。
【關(guān)鍵詞】：雙折射晶體 非線性光學(xué)晶體 硼酸鹽 晶體結(jié)構(gòu) 孤立B-O基團(tuán)
【學(xué)位授予單位】：昌吉學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(xué)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(xué)晶體材料19-22
• 1.4 非線性光學(xué)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(dǎo)化合物的設(shè)計(jì)合成23-25
• 1.6.1 陰離子基團(tuán)理論23-24
• 1.6.2 P. Becker理論24-25
• 1.7 晶體生長(zhǎng)25-26
• 1.7.1 晶體生長(zhǎng)的必要條件25-26
• 1.7.2 晶體生長(zhǎng)方法26
• 1.8 晶體生長(zhǎng)基本過程26-27
• 1.9 晶體質(zhì)量要求27-28
• 1.10 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法28-29
• 1.10.1 晶體結(jié)構(gòu)測(cè)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?jī)?nèi)容以及創(chuàng)新點(diǎn)29-34
• 1.11.1 本論文研究思路29-31
• 1.11.2 主要研究?jī)?nèi)容31-32
• 1.11.3 本論文創(chuàng)新點(diǎn)32-34
• 2 雙折射材料NBO晶體的合成，生長(zhǎng)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(cè)試36-37
• 2.4 NBO的結(jié)構(gòu)討論37-39
• 2.5 NBO的熱學(xué)性質(zhì)測(cè)試39-40
• 2.6 NBO的光學(xué)性質(zhì)測(cè)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(jì)算45
• 2.9 提拉法的生長(zhǎng)工藝45-49
• 2.10 提拉法生長(zhǎng)NBO晶體49-51
• 2.11 頂部籽晶法生長(zhǎng)NBO晶體51-56
• 2.11.1 單晶生長(zhǎng)爐的結(jié)構(gòu)圖51-53
• 2.11.2 晶體生長(zhǎng)53-55
• 2.11.3 提拉法、頂部籽晶法影響晶體生長(zhǎng)的因素55-56
• 2.12 本章小結(jié)56-57
• 3 化合物L(fēng)iNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)合58-59
• 3.2.1 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)單晶生長(zhǎng)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(jié)構(gòu)討論59-64
• 3.4 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)單晶結(jié)構(gòu)分析64-74
• 3.5 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)光學(xué)性能測(cè)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(cè)試74-75
• 3.6 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)熱學(xué)性能測(cè)試75-76
• 3.7 LiNaB_8O_(13)，α、β-LiKB_8O_(13)電子結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算76-77
• 3.8 本章小結(jié)77-79
• 4 Al_5BO_9非線性光學(xué)性能研究和計(jì)算79-92
• 4.1 引言79
• 4.2 Al_5BO_9單晶生長(zhǎng)及晶體結(jié)構(gòu)解析79-82
• 4.3 Al_5BO_9粉末純相合成82
• 4.4 Al_5BO_9熱學(xué)性質(zhì)的研究82-83
• 4.5 Al_5BO_9光學(xué)性質(zhì)的測(cè)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(cè)試84-85
• 4.6 Al_5BO_9粉末倍頻效應(yīng)測(cè)試85-87
• 4.7 Al_5BO_9結(jié)構(gòu)性能關(guān)系87-90
• 4.8 Al_5BO_9結(jié)構(gòu)描述90-91
• 4.9 本章小結(jié)91-92
• 5 含孤立B-O基團(tuán)化合物的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(zhǎng)及結(jié)構(gòu)確定94-97
• 5.5 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)結(jié)構(gòu)描述97-104
• 5.6 Li_2Na_2B_2O_5, Li_6Zn_3B_4O_(12)光學(xué)性質(zhì)測(cè)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(jié)106-107
• 6 總結(jié)與展望107-109
• 6.1 總結(jié)107-108
• 6.2 展望108-109
• 參考文獻(xiàn)109-119
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的科研及實(shí)踐成果119-120
• 致謝120-122
• 作者簡(jiǎn)介122

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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

2 周國(guó)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(jié)晶習(xí)性[J];人工晶體學(xué)報(bào);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(xué)效應(yīng)的離子基團(tuán)理論(Ⅰ)——利用氧八面體畸變模型計(jì)算BaTiO_3晶體電光及倍頻系數(shù)[J];物理學(xué)報(bào);1976年02期

本文編號(hào)：847763