CN103043614B - Zn2(VO4)(IO3)晶体及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非线性光学晶体Zn2(VO4)(IO3)及其制备方法和用途。该化合物属于单斜晶系，空间群为Pc，晶胞参数为a=5.2714(8) Å，b=10.040(1) Å，c=5.5070(8) Å，β=101.32(1) º，Z=2，晶胞体积为V=285.79(7) Å3。采用水热法制备。化合物Zn2(VO4)(IO3)的粉末倍频(SHG)系数为KDP(KH2PO4)的6倍。

Description

Zn2(VO4)(IO3) 晶体及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种新型非线性光学晶体材料。
背景技术
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。非线性光学晶体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α-LiIO3, KH2PO4 (KDP), KTiOPO4(KTP), LiB3O5(LBO), β-BaB2O4(BBO), LiNbO3(LNO)与 BaTiO3(BTO)等。随着激光技术的发展和可调谐激光器的出现，非线性光学器件发展迅速，激光倍频、混频、参量振荡与放大；电光调制、偏转、Q开关和光折变器件等相继出现。以上的这些研究与应用，对非线性光学材料提出了更多更高的物理、化学性能的要求，也促进了非线性光学材料的迅速发展。
二阶非线性光学晶体材料在结构上必须是非中心对称的。因此设计非线性光学材料的关键是如何诱导无心结构的形成及如何增加化合物的极化率，这是非线性光学材料设计与合成的难题。目前认为能产生无心结构的基团主要包括BO3 3-, PO4 3-等基团, 含孤对电子的离子如I(V)、Se(IV)、Te(IV)、Bi(III)、Pb(II)等及畸变八面体配位的d0电子构型的过渡金属离子如Ti(IV)、V(V)、Nb(V)、Ta(V)、Mo(VI)、W(VI)等。基于已报道的研究，我们进一步对碘酸盐类非线性光学晶体材料进行探索工作，我们通过在含孤对电子的碘酸盐的化合物中引入可能发生姜-泰勒(Jahn-Teller)畸变的d10 电子构型Zn2+阳离子，以及容易发生二阶姜-泰勒畸变的d0电子构型的过渡金属V5+阳离子，发现一例新的非线性光学晶体，并研究了其倍频效应。相关工作，至今未见文献报道。
发明内容
本发明的目的: (1) 提供一种化合物，该化合物由以下分子式代表：Zn2(VO4)(IO3); (2)提供化合物Zn2(VO4)(IO3)的制备方法; (3)提供化合物Zn2(VO4)(IO3)的潜在应用。
本发明的技术方案如下：
本发明提供化学式为Zn2(VO4)(IO3)的化合物，该化合物属于单斜晶系，空间群为Pc，晶胞参数为a = 5.2714(8) Å， b = 10.040(1) Å，c = 5.5070(8) Å，β = 101.32(1)º，Z = 2，晶胞体积为V = 285.79(7) Å3。
化合物具有三维的骨架结构，结构中包含IO3基团，VO4四面体，Zn(1)O5多面体和Zn(2)O6八面体。Zn(1)O5多面体通过共边，Zn(2)O6八面体通过共顶点分别形成两种沿c轴方向的锌氧链，这两种链再通过共顶点形成位于bc平面的层。相邻的层进一步通过VO4和IO3基团连接形成复杂的三维结构。晶体结构如图1所示。
本发明提供了该化合物的制备方法，制备过程为：将原料Zn(CH3COO) 2·2H2O、V2O5、I2O5称量，加水装入23ml的水热反应釜内衬中，搅拌均匀，密封后装入水热反应釜。在箱式电阻炉中于190～200 ℃反应2～5天，冷却至室温，即可得到无色片状晶体Zn2(VO4)(IO3)。将得到的化合物样品研磨成粉末，对其进行XRD测试。
本发明提供了该化合物的潜在用途，其特征在于：该晶体用于实现波长为1.064 μm的激光光束的二倍频或三倍频谐波输出。
利用调Q的Nd:YAG激光器输出的波长为1.064 μm的激光作为基频光进行粉末倍频法测试，表明Zn2(VO4)(IO3)非线性光学晶体具有较大的倍频效应， 其粉末倍频效应约为KH2PO4 (KDP)的6倍，且能在1.064μm→0.532μm激光倍频过程实现相位匹配。该倍频效应比目前已经广泛使用的BBO晶体略强。这是由于化合物中所有I5+的孤对电子基本朝向c轴方向，ZnO6、ZnO5与VO4多面体也产生较大的偶极距，从而得到了性能优越的新型非线性光学晶体材料。
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。
附图说明
附图为Zn2(VO4)(IO3) 晶体结构示意图。
具体实施方式
实施例1
采用水热合成法合成化合物Zn2(VO4)(IO3)
Zn(CH3COO)2·2H2O(0.5 mmol, 110 mg), V2O5 (0.11 mmol, 20 mg), I2O5(0.92 mmol, 310 mg) 和H2O(2ml)装入水热反应釜中混合均匀，密封，置于箱式电阻炉中，经过600 min从30℃升温到190℃，恒温反应5760 min，最后以3℃每小时降至50℃，可得到无色片状晶体。

Claims (3)

1.化学式为Zn2(VO4)(IO3)的化合物，该化合物属于单斜晶系，空间群为Pc，晶胞参数为β＝101.32(1)°，Z＝2，晶胞体积为所述化合物具有三维的骨架结构，结构中包含IO3基团，VO4四面体，Zn(1)O5多面体和Zn(2)O6八面体。
2.权利要求1所述的化合物的制备方法，采用水热法制备,其特征在于：采用Zn(CH3COO)2·2H2O、V2O5、I2O5为原料，密封高压反应釜中水热反应，反应温度为190～200℃反应时间2～5天，冷却至室温，即可获得化合物Zn2(VO4)(IO3)。
3.权利要求1所述的化合物用以实现波长为1.064μm的激光光束的二倍频或三倍频谐波输出。
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