CN101708833B - 磷酸二氢钾孪晶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磷酸二氢钾(KDP)孪晶的制备方法，它主是要是一种采用水溶液降温法人工培养孪晶的方法，属无机晶体材料制备工技术领域。本发明方法主要过程如下：将外形完整的磷酸二氢钾(KDP)单晶切掉两锥顶，剩下部分切取两段，按既定角度方向磨平，磨成大小相同的两段晶体，将磨出的大小相同的对应面相对接，再把上下两顶磨平；然后再把欲形成的孪晶界面在接触面沿对角线打磨，并进行抛光；然后将两段晶体的两锥面接触，使两锥面处在一条直线上；以YZ平为底竖直粘贴到有机玻璃板上；然后把粘好的晶体放入KDP饱和溶液中，控制生长条件，使晶体在其中生长，最后生成两共轴成40°的KDP孪晶。

Description

磷酸二氢钾孪晶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种磷酸二氢钾(KDP)孪晶的制备方法，它主是要是一种采用水溶液降温法人工培养孪晶的方法，属无机晶体材料制备工技术领域。

背景技术

近些年来，有关“负折射率”人工媒质的研究成为一个引人注目的前沿领域，并引发了许多的可能应用。在一定入射角范围内，孪晶界面对光波有等效负折射和全透射现象。由此，我们可以自主设计孪晶结构，使孪晶界面实现全角度内的等效负折射现象，并尽可能地补偿晶体的色散和双折射，以实现超透镜的应用。同时，我们还可以优化孪晶结构，实现滤波、波分复用、角色散、色散补偿、电光调制器件等用途，其应用前景非常的有潜力。自然界天然孪晶比较少，质量也不高；采用“光胶”方法，将两块定向切割的单晶制成的孪晶不完美，对光波有一定散射。目前，没有找到有关KDP孪晶培养方法的报道。因此，我们借鉴KDP单晶生长技术，以磷酸二氢钾为原料，对人工培养定向孪晶进行探索。按照孪晶结构设计的要求，我们采用水溶液降温法培养两光轴成相应角度的定向KDP孪晶。

发明内容

本发明的目的是针对目前自然然孪晶稀少，质量不高，而用“光胶”技术制成的孪晶，其界面不完美，对光波有一定的散射，故特提出一种新的人工培养孪晶的工艺方法。

本发明的磷酸二氢钾(KDP)孪晶的制备采用了磷酸二氢钾(KDP)水溶液降温结晶的制取方法。

本发明一种磷酸二氢钾孪晶的制备方法，主要采用水溶液降温法，该方法具有以下的制备过程和步骤：

a.将外形完整的磷酸二氢钾(KDP)晶体切掉两锥顶，剩下的部分切取两段，用细砂纸将这两段晶体按既定角度方向磨好，再用细砂纸磨去晶体表面的微晶，两段晶体磨成大小相同，接着用细软的丝绸抛光晶体。将磨出的大小相同的对应面重合，把上下两顶磨平，再沿xy平面内矩形的对角线将籽晶磨掉一半，即把与欲形成的孪晶界面沿上述对角线相正交的面磨大；

b.磨好后将晶体抛光，然后将处理好的两段晶体，使其两锥面接触，两锥面处在一条支线上，并以yz平面为底竖直粘贴到有机玻璃板上；

c.配制好磷酸二氢钾(KDP)饱和溶液：溶质KDP为分析纯经过一次重结晶的提纯产品，溶剂为三次蒸馏水；先测出KDP溶液饱和温度；随后用微孔滤膜过滤溶液，再加热该溶液提高至原饱和温度之上15℃的温度，在该温度下预热48小时，然后将溶液温度下降到高出原饱和温度5℃的温度，此时才放入上述的粘好的晶体，控制生长条件，使晶体生长；

d.等放入的晶体稍溶后，将溶液温度下降到原饱和温度，并按设计的程序降温，使晶体在溶液中良好生长；最后取出晶体，用过滤纸吸干晶体表面的溶液，最终制得两光轴成40°的磷酸二氢钾孪晶。

2、如权利要求1所述的一种磷酸二氢钾孪晶的制备方法，其特征在于所述的溶质KP一次重结晶的提纯过程为：

a.按照饱和溶液的溶解度公式计算在一定温度下，一定溶液中能溶解的溶质质量，称取和量取相应的溶质溶液，一起放入育晶瓶，在一定的温度下以300转/分钟的速度搅拌溶液，使溶质慢慢溶解；

b.用孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤饱和溶液，再在一定的温度下蒸发；在重结晶的过程中采取“去头去尾”的方法，即重结晶最初析出的晶体和最后的母液都不要，只取中间部分。

本发明方法的特点和优点如下：

(1)本发明用来生长孪晶的两段晶体是由同一单晶切割下来的，具有同样的晶质和光子性能，而且去除了两锥顶。

(2)本发明在工艺上借鉴了磷酸二氢钾(KDP)单晶的生长工艺。

(3)本发明以优质的外形完整的磷酸二氢钾(KDP)单晶为原料；晶体生长工艺简单，且比较成熟，能生长出高质量、大尺寸的孪晶。

附图说明

图1(a)和(b)分别为本发明制备KDP孪晶时籽晶处理的平面图和立体物图(图中虚线表示晶体切割方向，虚点线表示面磨大方向，图中选择锥面2和锥面2’作为要相对接的两个面)。

图2(a)和(b)分别为KDP晶体进一步处理图的平面图和立体图(图中两块晶体光轴夹角为40°，虚点线表示沿一条直线上磨平，锥面2和锥面2’相对接)。

图3(a)和(b)分别为上述处理好的孪晶籽晶在xy矩形横截面沿对角线切割并磨削成一半后的平面图和立体图。

具体实施方式

现结合附图把本发明实施例更进一步详细叙述如下：

1、培养KDP单晶：①用提纯后的KDP原料按溶解度公式在烧杯中配制高于室温8℃的KDP饱和液溶若干，稍过热后注入大小适中的培养皿中，用表面皿盖好，让其在室温下冷却结晶，八小时候挑选出尺寸较大、外形较好的“晶芽”用不锈钢镊子取出并用滤纸吸干表面，为了让晶芽长的大点，通常把表面皿掀开一条缝来控制蒸发；②上述的晶芽还不够大，不可直接用于KDP孪晶生长实验，为此把晶芽当成籽晶，继续培养成可供实验使用的单晶。最终生长技术培养出优质、横截面积较为理想、外形完整的KDP单晶；

2、将KDP单晶切掉两锥顶，选择两个要相对粘贴的特定面，剩下的部分切取两段，用细砂纸将这两段晶体按既定角度方向磨好(如图1所示)，再用细砂纸磨去晶体表面微小杂晶，切割下来的两段晶体磨成大小相同的两段，相对粘贴的两面磨成大小相同的两锥面(面2和2’)，最后用细软的丝绸抛光晶体。

3、将两晶体的面2和面2’重合，并将上下两顶面磨平(图2)，并在两块晶体接触面按图示对籽晶进行处理，即把与欲形成的孪晶界面沿横截面对角线相正交的面磨大(图3)。处理好的两段晶体，两锥面接触，两锥面处在一条直线上，以yz面为底面竖直粘贴到有机玻璃板上。

4、按公式S＝4.04×10^-3T²+0.356T+13.6(式中S的单位为g_KDP/100ml水，温度T的单位为℃)配制48℃的KDP饱和溶液；

5、测KDP溶液饱和温度，测得饱和温度为47.8℃；

6、用孔径为0.22μm的微孔滤膜过滤溶液；

7、本实验将溶液温度升高到62.8℃，在62.8℃下，溶液预热48小时，这是本实验条件比较理想的参数；

8、将溶液温度下降到52.8℃，放入粘好的晶体(晶体在放入溶液前先放入空的充晶器内缓慢升温，升温到52.8℃，待上1小时后，再将晶体放入溶液)；

9、等晶体稍溶后，将溶液温度下降到47.8℃；按设计的程序降温，使晶体在溶液中生长；

10、晶体出槽，用过滤纸吸干晶体表面的溶液，最终制得两光轴成40°的磷酸二氢钾孪晶。

实验生长出清晰的孪晶界面，并且孪晶的机械性能较好。

在图3(a)中将上一步处理好的晶体沿图示(两块晶体接触面图)方向磨掉一半后，即又将晶体磨出一个{110}面，其原因是考虑到晶体自然结晶以z轴速度最快，而x与y轴方向生长速度受较弱的键合力与稳定性影响，生长非常缓慢，故人为地磨出一个自然结晶中不可能生长出来的{110}面(见图3(b))，使其优先生长，恢复成四方柱的形状，以达到培养孪晶界面的目的。

Claims (2)

1.一种磷酸二氢钾孪晶的制备方法，主要采用水溶液降温法，该方法具有以下的制备过程和步骤：

a.将外形完整的磷酸二氢钾(KDP)晶体切掉两锥顶，剩下的部分切取两段，用细砂纸将这两段晶体按既定角度方向磨好，再用细砂纸磨去晶体表面的微晶，两段晶体磨成大小相同，接着用细软的丝绸抛光晶体；将磨出的大小相同的对应面重合，把上下两顶磨平，再沿xy平面内矩形的对角线将籽晶磨掉一半，即把与欲形成的孪晶界面沿上述对角线相正交的面磨大；

b.磨好后将晶体抛光，然后将处理好的两段晶体，使其两锥面接触，两锥面处在一条支线上，并以yz平面为底竖直粘贴到有机玻璃板上；

c.配制好磷酸二氢钾(KDP)饱和溶液：溶质KDP为分析纯经过一次重结晶的提纯产品，溶剂为三次蒸馏水；先测出KDP溶液饱和温度；随后用微孔滤膜过滤溶液，再加热该溶液提高至原饱和温度之上15℃的温度，在该温度下预热48小时，然后将溶液温度下降到高出原饱和温度5℃的温度，此时才放入上述的粘好的晶体，控制生长条件，使晶体生长；

d.等放入的晶体稍溶后，将溶液温度下降到原饱和温度，并按设计的程序降温，使晶体在溶液中良好生长；最后取出晶体，用过滤纸吸干晶体表面的溶液，最终制得两光轴成40°的磷酸二氢钾孪晶。

2.如权利要求1所述的一种磷酸二氢钾孪晶的制备方法，其特征在于所述的溶质KDP一次重结晶的提纯过程为：

a.按照饱和溶液的溶解度公式计算在一定温度下，一定溶液中能溶解的溶质质量，称取和量取相应的溶质溶液，一起放入育晶瓶，在一定的温度下以300转/分钟的速度搅拌溶液，使溶质慢慢溶解；

b.用孔径为0.22微米的微孔滤膜过滤饱和溶液，再在一定的温度下蒸发；在重结晶的过程中采取“去头去尾”的方法，即重结晶最初析出的晶体和最后的母液都不要，只取中间部分。

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