CN101619490A - 一种铁电材料二水合四硼锗酸钾及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁电材料二水合四硼锗酸钾及其制备方法和用途。该材料化学式为K₂GeB₄O₉·2H₂O，分子量为：374，单斜晶系，空间群Cc，单胞参数为a＝6.793(1)，b＝12.0699(3)，c＝11.895(3)，α＝γ＝90°，β＝ 91.156(4)°，V＝975.1(4)³，Z＝4。采用水(剂)热法制备。该材料具有铁电性质和二阶非线性光学性能，其粉末SHG系数为KDP的2倍，与LBO相当。该材料可应用于制造二次谐波发生器，上、下频率转换器，光参量振荡器以及用于存储和恢复信息、传输光信息、图像显示和全息照像中的编页器、铁电光阀阵列作全息照像的存储。

Description

一种铁电材料二水合四硼锗酸钾及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种铁电材料二水合四硼锗酸钾化合物(分子式：K₂GeB₄O₉·2H₂O)的制备及应用。

背景技术

铁电材料是一种同时具有铁电、压电、热释电及电光等性能的多功能材料。所谓铁电材料，是指晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向的材料。材料的这种特性被称为“铁电现象”或“铁电效应”。近些年来，铁电材料发展极为迅速，已广泛应用于电子技术、激光技术、红外探测技术、超声(和微波声学)技术、固态记忆和显示技术以及其他工程技术方面，而研制和生产性能优良的铁电材料，又是发展各种铁电、压电、热电和电光等功能器件的基础。因此，目前国际上对铁电材料的研制和探索十分活跃。目前人们对铁电材料的研究和应用主要集中在致密相无机材料上。近几年来，具有铁电效应的空旷骨架硼锗酸盐化合物引起了人们的极大研究兴趣，这是由于这类化合物经过模板合成可以精心调控骨架的空旷程度，同时具有催化、吸附、分离、二阶非线性光学及铁电性质等，可以实现具有微孔材料性质和铁电性质的多功能复合型材料。

具有铁电性能的化合物有时也具有二阶非线性光学性能。二阶非线性光学晶体具有倍频效应(SHG)，在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值。非线性光学材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。目前实际应用的非线性光学晶体包括BBO，LBO等。硼酸盐化合物的非线性光学晶体以其优良的性质得到了广泛的关注。研究表明含硼化合物具有较高的非心比例，则易于得到具有非线性光学性质的晶体。我们通过在锗酸盐的化合物中引进硼元素来形成无中心对称的空旷骨架，从而得到了性能优越的新型非线性光学材料。有关这方面的研究尚无文献报道。

发明内容

本发明的目的在于制备一种铁电晶体二水合四硼锗酸钾(分子式：K₂GeB₄O₉·2H₂O)，其技术方案如下：

一种铁电晶体二水合四硼锗酸钾，其特征在于：其化学式为K₂GeB₄O₉·2H₂O，分子量为：374，属单斜晶系，空间群Cc，单胞参数为a＝6.793(1)，b＝12.0699(3)，

α＝γ＝90°，β＝91.156(4)°，

Z＝4。

二水合四硼锗酸钾的结构为由GeO₄四面体与B₄O₉簇相连而成的三维空旷骨架结构。结构中含有10元环的螺旋孔道。K离子和结晶水分子填充在10元环的螺旋孔道中，平衡了骨架的负电荷。

四硼锗酸钾以水(剂)热法合成：将GeO₂与K₂B₄O₅(OH)₂·2H₂O放入水，吡啶和二乙烯三胺的混和溶剂中，装入30ml的水热反应釜内衬中，搅拌均匀，密封，在170℃反应7天，冷却至室温，过滤、洗涤并于室温下干燥，得到无色透明块状晶体。本发明提供的二氧化锗与四硼酸钾形成的二水合四硼锗酸钾化合物是在水(剂)热条件下一步合成方法生长出的晶体。本发明所采用的材料制备工艺简单、产率高及重复性好等优点。

该硼锗酸盐化合物可能是一种新型的铁电晶体材料，该材料的优点是不易溶于一般的溶剂、热稳定性高(脱去结晶水后结构仍然保持不变，在空气氛中可以稳定到1000℃)、颜色浅、光吸收低、透光范围大。

该发明所制备的铁电晶体材料可应用于制造二次谐波发生器，上、下频率转换器，光参量振荡器等非线性光学器件以及用于存储和恢复信息、传输光信息、图像显示和全息照像中的编页器、铁电光阀阵列作全息照像的存储等。

除上述性能外，非线性光学测量表明，二水合四硼锗酸钾(K₂GeB₄O₉·2H₂O)具有优良的非线性光学性能，在1064nm激光照射下输出很强的532nm绿光，其粉末SHG系数为KDP的2倍，与LBO相当。预期在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值。此类非线性光学材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。

具体实施方式

1、化合物的制备

GeO₂(104mg，1mmol)，K₂B₄O₅(OH)₂·2H₂O(220mg，0.810mmol)与吡啶(4.8ml，60mmol)，二乙烯三胺(0.68ml，6.4mmol)，H₂O(0.78ml，43mmol)装入水热反应釜中混合均匀、密封，在170℃反应7天，室温下自然冷却，过滤、洗涤后得到无色透明块状晶体。

2、性能测试

我们对得到的硼锗酸钾化合物进行铁电性能测试。该化合物的极化强度P与外施电场强度E的关系曲线表明具有明显的铁电效应。同时也具有二阶非线性光学效应。

Claims (4)

1.一种铁的材料晶体二水合四硼锗酸钾，其特征在于：其化学式为K₂GeB₄O₉·2H₂O，分子量为：374，单斜晶系，空间群Cc，单胞参数为a＝6.793(1)，b＝12.0699(3)，c＝11.895(3)

α＝γ＝90°，β＝91.156(4)°，V＝975.1(4)

Z＝4。

2.一种权利要求1的二水合四硼锗酸钾的制备方法，其特征在于：采用水(剂)热法制备。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：采用二氧化锗(GeO₂)与水合四硼酸钾为原料，水(剂)热反应，反应温度为170℃。

4.一种权利要求1的二水合四硼锗酸钾的潜在用途，其特征在于：该晶体用于潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算或光纤通讯、存储和恢复信息、传输光信息、图像显示和全息照像中的编页器、铁电光阀阵列作全息照像的存储。