CN105862125B - 化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途 - Google Patents

化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN105862125B
CN105862125B CN201510026660.1A CN201510026660A CN105862125B CN 105862125 B CN105862125 B CN 105862125B CN 201510026660 A CN201510026660 A CN 201510026660A CN 105862125 B CN105862125 B CN 105862125B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
pbo
sodium potassium
temperature
barium boron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510026660.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105862125A (zh
Inventor
潘世烈
黄生世
韩健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN201510026660.1A priority Critical patent/CN105862125B/zh
Publication of CN105862125A publication Critical patent/CN105862125A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105862125B publication Critical patent/CN105862125B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途，化合物钠钾钡硼氧的化学式为Na2K2Ba(B9O15)2，分子量为936.10，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为a=8.493(8)Å，b=8.540(9)Å，c=17.102(16)Å，β=90.453(11)°，V=1240(2)Å3，Z=2。采用固相反应法获得钠钾钡硼氧化合物，再将该化合物采用高温熔液法生长晶体，即可得到钠钾钡硼氧光学晶体。其透光波段在320nm至2600nm之间，该晶体机械硬度适中，易于切割、抛光加工和保存，不溶于水，不潮解，在空气中稳定，适用于制作探测器、飞行器、头罩、整流罩中的窗口材料，显微镜和望远镜中的透镜或潜望镜、双目望远镜、光谱仪等仪器中改变光的进行方向的棱镜等光学器件。

Description

化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体的制备方法和用途，该化合物的化学式为Na2K2Ba(B9O15)2。
背景技术
硼酸盐晶体中，硼原子可采用两种杂化方式与氧原子键合：平面三角形的sp2杂化[BΦ3]和四面体形的sp3杂化[BΦ4](Φ＝O2-,OH-)。[BΦ3]和[BΦ4]基团共用顶点(氧原子)或共边连接形成刚性的硼氧聚阴离子基团，这些基团是晶体结构中的阴离子重复单元，即基本结构单元(FBB)。FBB再缩合或多聚形成岛状孤立基团、一维无穷链状基团、二维无穷层状基团和三维无穷骨架状基团，从而形成了丰富多彩的硼酸盐晶体的结构类型。由于硼酸盐晶体结构的多样性，从而得以制备出一些引人注目的功能晶体材料。例如α-BaB2O4(α-BBO),β-BaB2O4(β-BBO)、LiB3O5(LBO)晶体、CsB3O5(CBO)晶体、CsLiB6O10(CLBO)晶体和KBe2BO3F2(KBBF)晶体。虽然这些材料的晶体生长技术已日趋成熟，但仍存在着明显的不足之处：如晶体易潮解、生长周期长、层状生长习性严重及价格昂贵等。因此，合成新的光学晶体材料仍然是一个非常重要而艰巨的工作。
随着科技的发展，对新型功能材料提出越来越多的的需求，如何更有效地进行硼酸盐新材料设计成为许多科技工作者和企业界关注的话题。在发展新型光学晶体时，人们仍然选择透光范围宽的硼酸盐晶体，并且为了进一步的拓宽透光范围，使其紫外截止边可以达到深紫外，阳离子通常使用没有d-d电子跃迁的碱金属或碱土金属。
发明内容
本发明目的在于提供一种化合物钠钾钡硼氧，化学式为Na2K2Ba(B9O15)2，分子量为936.10，采用固相反应法合成该化合物。
本发明的另一个目的在于提供一种钠钾钡硼氧光学晶体，该晶体的化学式为Na2K2Ba(B9O15)2，分子量为936.10，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为 β＝90.453(11)°，Z＝2，采用高温溶液法生长该化合物。
本发明再一目的是提供一种钠钾钡硼氧光学晶体的制备方法。
本发明又一个目的是提供一种钠钾钡硼氧光学晶体的用途，可用于制备探测器、飞行器、头罩、整流罩中的窗口材料，显微镜和望远镜中的透镜或潜望镜、双目望远镜、光谱仪等仪器中的棱镜。
本发明所述一种化合物钠钾钡硼氧，其特征在于该化合物的化学式为Na2K2Ba(B9O15)2，分子量为936.10，采用固相反应法合成。
一种钠钾钡硼氧光学晶体，该晶体的化学式为Na2K2Ba(B9O15)2，分子量为936.10，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为 β＝90.453(11)°，Z＝2。
所述的钠钾钡硼氧光学晶体的制备方法，采用固相反应法合成化合物，采用高温溶液生长晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、采用固相反应法，按摩尔比Na:K:Ba:B＝2:2:1:18称取原料放入研钵中，研磨均匀后放入刚玉坩埚，将刚玉坩埚置于马弗炉中，缓慢升温至400℃，恒温12小时，冷却后取出坩埚，将样品研磨均匀，再置于坩埚中，将马弗炉升温至720℃，恒温48小时后将样品取出，放入研钵中仔细研磨得到钠钾钡硼氧化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析，所得X射线谱图与Na2K2Ba(B9O15)2单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；
b、将步骤a制备的钠钾钡硼氧化合物单相多晶粉末与助熔剂按摩尔比1:1-5均匀混合，装入铂金坩埚中，以温度1-80℃/h的升温速率加热至温度750-880℃，恒温6-100小时，得到混合熔液；
或按摩尔比Na:K:Ba:B＝2:2:1:18直接称取原料，与助熔剂混合均匀，以温度1-80℃/h的升温速率加热至温度750-880℃，恒温6-100小时，得到混合熔液；
c、将步骤b得到的混合熔液降温至680℃-810℃，将籽晶杆伸入液面以下，以温度0.5-5℃/h的速率缓慢降温5-120℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度1-80℃/h的速率降至室温，获得钠钾钡硼氧籽晶；
d、将步骤b的混合熔液降温至670-800℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热5-60分钟，然后将籽晶下至接触混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，快速降至温度660-790℃；
e、再以温度0.1-3℃/天的速率缓慢降温，以0-100rpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度1-80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到钠钾钡硼氧光学晶体。
步骤a中含钠化合物为Na2CO3、Na2O、Na2B4O7或NaNO3，含钾化合物为K2CO3、K2O、K2B4O7或KNO3，含钡化合物为BaCO3、BaO、Ba(OH)2、BaC2O4或Ba(NO3)2，含硼的化合物为H3BO3或B2O3。
步骤a所述助熔剂为PbO、PbO-Na2O、PbO-K2O、PbO-Na2O-K2O、PbO-K2O-BaO或PbO-Na2O-K2O-BaO。
助熔剂PbO-Na2O、PbO-K2O、PbO-Na2O-K2O、PbO-K2O-BaO或PbO-Na2O-K2O-BaO体系中PbO与Na2O、K2O、BaO氧化物的摩尔比为1-6:1-5。
所述的钠钾钡硼氧光学晶体在制备探测器、飞行器、头罩、整流罩中的窗口材料，或显微镜、望远镜中的凸透镜，或潜望镜、双目望远镜、光谱仪中的棱镜中的用途。
本发明所述的钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途，原则上，采用一般化学合成方法都可以制备化合物Na2K2Ba(B9O15)2，现优选固相反应法，该化合物有以下几个典型的可以得到Na2K2Ba(B9O15)2化合物的化学反应式：
(1)Na2O+K2O+BaCO3+9B2O3→Na2K2Ba(B9O15)2+CO2↑
(2)Na2CO3+K2CO3+BaO+9B2O3→Na2K2Ba(B9O15)2+2CO2↑
(3)Na2CO3+K2CO3+BaCO3+9B2O3→Na2K2Ba(B9O15)2+3CO2↑
(4)Na2CO3+K2CO3+BaCO3+18H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+3CO2↑+27H2O↑
(5)2NaNO3+K2CO3+BaCO3+18H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+2CO2↑+2NO2↑+27H2O↑
(6)Na2B4O7+K2B4O7+Ba(NO3)2+10H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+2NO2↑+1/2O2↑+15H2O↑
(7)2NaNO3+2KNO3+BaC2O4+9B2O3→Na2K2Ba(B9O15)2+4NO2↑+2CO2↑+1/2O2↑
(8)2NaNO3+2KNO3+BaCO3+18H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+4NO2↑+CO2↑+O2↑+27H2O↑
(9)2NaNO3+2KNO3+Ba(OH)2+18H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+4NO2↑+O2↑+28H2O↑
本发明提供钠钾钡硼氧光学晶体，该晶体化学式为Na2K2Ba(B9O15)2，分子量为936.10，属于单斜晶系，空间群为P21/c。
本发明提供Na2K2Ba(B9O15)2光学晶体的制备方法，采用助熔剂法生长晶体，可获得尺寸为厘米级的Na2K2Ba(B9O15)2。该晶体机械硬度适中，易于切割、抛光加工和保存，不溶于水，不潮解，在空气中稳定，适用于制作窗口、透镜和棱镜等光学器件。例如：用在红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等；用于显微镜和望远镜中的凸透镜；用于潜望镜，双目望远镜等仪器中改变光的进行方向的三棱镜等。
附图说明
图1为本发明Na2K2Ba(B9O15)2粉末的X-射线衍射图；
图2为本发明窗口使用示意图，其中1为保护盖，2为法兰底座，3为晶体材料(窗口)，4为密封圈，5为密封圈，6为外旋压圈；
图3为本发明凸透镜原理示意图；
图4为本发明棱镜使用示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：
按反应式:(1)Na2O+K2O+BaCO3+9B2O3→Na2K2Ba(B9O15)2+CO2↑合成Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
将Na2O、K2O、BaCO3、B2O3按摩尔比1:1:1:9称取原料放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至400℃，恒温12小时，冷却后取出坩埚，将样品研磨均匀，再置于坩埚中，将马弗炉升温至720℃，恒温48小时后将样品取出，放入研钵中仔细研磨得到钠钾钡硼氧化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析，所得X射线谱图与Na2K2Ba(B9O15)2单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；
反应式中的氧化钠由碳酸钠、四硼酸钠或硝酸钠替换，氧化钾由碳酸钾、四硼酸钾或硝酸钾替换，碳酸钡由氧化钡、氢氧化钡、草酸钡、硝酸钡，氧化硼由硼酸替换；
将合成的钠钾钡硼氧Na2K2Ba(B9O15)2化合物与助熔剂PbO按摩尔比1:3进行混配，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度1℃/h的升温速率加热至温度830℃，恒温24小时，得到钠钾钡硼氧混合熔液；
再将混合熔液降温至760℃,将籽晶杆快速伸入液面以下，以温度5℃/h的速率缓慢降至660℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度50℃/h的速率降至室温，获得Na2K2Ba(B9O15)2籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度750℃，再将获得的钠钾钡硼氧籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热10分钟，然后将籽晶下至接触混合熔液液面进行回熔，恒温10分钟，快速降至温度740℃；
再以温度2℃/天的速率降温，以80rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长结束后，使晶体脱离液面，以温度50℃/小时的速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为21mm×20mm×15mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体。
实施例2：
按反应式：(2)Na2CO3+K2CO3+BaO+9B2O3→Na2K2Ba(B9O15)2+2CO2↑制备Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
将Na2CO3、K2CO3、BaO、B2O3按摩尔比1:1:1:9直接称取原料，与助熔剂PbO按摩尔比1:1进行混配，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度80℃/h的升温速率加热至温度880℃，恒温6小时，得到钠钾钡硼氧混合熔液；
将混合熔液降至温度810℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以温度2℃/h的速率缓慢降至740℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度50℃/h的速率降至室温，获得Na2K2Ba(B9O15)2籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度800℃，将获得的Na2K2Ba(B9O15)2籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热10分钟，然后将籽晶下至混合熔液中进行回熔，恒温10分钟，快速降至温度790℃；
再以温度1.5℃/天的速率缓慢降温，以50rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度10℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为20mm×14mm×12mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体；
反应式中的碳酸钠由氧化钠、四硼酸钠或硝酸钠替换，碳酸钾由氧化钾、四硼酸钾或硝酸钾替换，氧化钡由碳酸钡、氢氧化钡、草酸钡、硝酸钡，氧化硼由硼酸替换。
实施例3：
按反应式：(3)Na2CO3+K2CO3+BaCO3+9B2O3→Na2K2Ba(B9O15)2+3CO2↑合成Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
将Na2CO3、K2CO3、BaCO3、B2O3按摩尔比1:1:1:9称取原料放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至400℃，恒温12小时，冷却后取出坩埚，将样品研磨均匀，再置于坩埚中，将马弗炉升温至720℃，恒温48小时后将样品取出，放入研钵中仔细研磨得到钠钾钡硼氧化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析，所得X射线谱图与Na2K2Ba(B9O15)2单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；
反应式中的碳酸钠由氧化钠、四硼酸钠或硝酸钠替换，碳酸钾由氧化钾、四硼酸钾或硝酸钾替换，碳酸钡由氧化钡、氢氧化钡、草酸钡、硝酸钡，氧化硼由硼酸替换；
将合成的钠钾钡硼氧Na2K2Ba(B9O15)2化合物与助熔剂PbO-Na2O按摩尔比1:2进行混配，其中PbO与Na2O的摩尔比为1:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度70℃/h的升温速率加热至830℃，恒温48小时，得到钠钾钡硼氧熔液；
再将混合熔液降温至760℃,将籽晶杆快速伸入液面以下，以温度1℃/h的速率缓慢降至665℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度20℃/h的速率降至室温，获得Na2K2Ba(B9O15)2籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度750℃，将获得的Na2K2Ba(B9O15)2籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热5分钟，然后将籽晶下至接触混合熔液液面进行回熔，恒温5分钟，快速降至温度740℃；
再以温度1℃/天的速率降温，以25rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长结束后，使晶体脱离液面，以温度20℃/h的速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为29mm×25mm×18mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体。
实施例4：
按反应式：(4)Na2CO3+K2CO3+BaCO3+18H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+3CO2↑+27H2O↑合成Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
将Na2CO3、K2CO3、BaCO3、H3BO3按摩尔比1:1:1:18直接称取原料，与助熔剂PbO-K2O按摩尔比1:3进行混配，其中PbO与K2O的摩尔比为1:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度1℃/h的升温速率加热至温度800℃，恒温12小时，得到钠钾钡硼氧混合熔液；
将混合熔液降温至730℃，将籽晶杆快速伸入液面下，以温度3℃/h的速率缓慢降至630℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度40℃/h的速率降至室温，获得Na2K2Ba(B9O15)2籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度720℃，将获得的Na2K2Ba(B9O15)2籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热15分钟，然后将籽晶下至接触混合熔液液面进行回熔，恒温15分钟，快速降至温度710℃；
再以温度3℃/天的速率缓慢降温，以10rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度40℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为30mm×25mm×20mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体；
反应式中的碳酸钠由氧化钠、四硼酸钠或硝酸钠替换，碳酸钾由氧化钾、四硼酸钾或硝酸钾替换，碳酸钡由氧化钡、氢氧化钡、草酸钡、硝酸钡，硼酸由氧化硼替换；
实施例5：
按反应式：(5)2NaNO3+K2CO3+BaCO3+18H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+2CO2↑+2NO2↑+27H2O↑制备Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
将NaNO3、K2CO3、BaCO3、H3BO3按摩尔比2:1:1:18直接称取原料，与助熔剂PbO-K2O按摩尔比1:4进行混配，其中PbO与K2O的摩尔比为1:1.5，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度20℃/h的升温速率加热至温度780℃，恒温50小时，得到钠钾钡硼氧混合熔液；
将混合熔液降至温度720℃，将籽晶杆快速伸入液面下，以温度1.5℃/h的速率缓慢降至615℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度30℃/h的速率降至室温，获得钠钾钡硼氧籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度710℃，将获得的Na2K2Ba(B9O15)2籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热40分钟，然后将籽晶下至混合熔液中进行回熔，恒温40分钟，快速降至温度700℃；
再以温度1.5℃/天的速率缓慢降温，以0rpm的转速不旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度30℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为25mm×23mm×17mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体；
实施例6：
按反应式：(6)Na2B4O7+K2B4O7+Ba(NO3)2+10H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+2NO2↑+1/2O2↑+15H2O↑合成Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
将Na2B4O7、K2B4O7、Ba(NO3)2、H3BO3按摩尔比1:1:1:10放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至400℃，恒温12小时，冷却后取出坩埚，将样品研磨均匀，再置于坩埚中，将马弗炉升温至720℃，恒温48小时后将样品取出，放入研钵中仔细研磨得到钠钾钡硼氧化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析，所得X射线谱图与Na2K2Ba(B9O15)2单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；
反应式中的四硼酸钠由氧化钠、碳酸钠或硝酸钠替换，四硼酸钾由氧化钾、碳酸钾或硝酸钾替换，硝酸钡由氧化钡、氢氧化钡、草酸钡、碳酸钡，硼酸由氧化硼替换；
将合成的钠钾钡硼氧Na2K2Ba(B9O15)2化合物与助熔剂PbO-Na2O-K2O按摩尔比1:3.5进行混配，其中PbO、Na2O与K2O的摩尔比为2:2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度5℃/h的升温速率加热至温度790℃，恒温60小时，得到钠钾钡硼氧熔液；
将混合熔液降至温度720℃，将籽晶杆快速伸入液面下，以温度4℃/h的速率缓慢降至610℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度60℃/h的速率降至室温，获得钠钾钡硼氧籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度710℃，将获得的Na2K2Ba(B9O15)2籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热25分钟，然后将籽晶下至混合熔液中进行回熔，恒温25分钟，快速降至温度700℃；
再以温度2.5℃/天的速率缓慢降温，以40rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度60℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为23mm×20mm×18mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体。
实施例7：
按反应式：(7)2NaNO3+2KNO3+BaC2O4+9B2O3→Na2K2Ba(B9O15)2+4NO2↑+2CO2↑+1/2O2↑合成Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
按摩尔比Na:K:Ba:B＝2:2:1:18直接称取原料，与助熔剂PbO-Na2O按摩尔比1:3进行混配，其中PbO与Na2O的摩尔比为2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度35℃/h的升温速率加热至温度825℃，恒温32小时，得到钠钾钡硼氧熔液；
将混合熔液降至温度755℃，将籽晶杆快速伸入液面下，以温度2.5℃/h的速率缓慢降至630℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度45℃/h的速率降至室温，获得钠钾钡硼氧籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度745℃，将获得的Na2K2Ba(B9O15)2籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热15分钟，然后将籽晶下至混合熔液中进行回熔，恒温15分钟，快速降至温度735℃；
再以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，以35rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度65℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为20mm×15mm×12mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体。
实施例8：
按反应式：(8)2NaNO3+2KNO3+BaCO3+18H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+4NO2↑+CO2↑+O2↑+27H2O↑合成Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
将NaNO3、KNO3、BaCO3、H3BO3按摩尔比2:2:1:18直接称取原料，与助熔剂PbO-Na2O按摩尔比1:5进行混配，其中PbO与Na2O的摩尔比为1:2，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度15℃/h的升温速率加热至温度750℃，恒温100小时，得到钠钾钡硼氧混合熔液；
将混合熔液降至温度680℃，将籽晶杆快速伸入液面下，以温度0.5℃/h的速率缓慢降至675℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度25℃/h的速率降至室温，获得钠钾钡硼氧籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度678℃，将获得的Na2K2Ba(B9O15)2籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热60分钟，然后将籽晶下至混合熔液中进行回熔，恒温60分钟，快速降至温度670℃；
再以温度1.5℃/天的速率缓慢降温，以65rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度45℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为18mm×12mm×10mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体；
实施例9：
按反应式：(9)2NaNO3+2KNO3+Ba(OH)2+18H3BO3→Na2K2Ba(B9O15)2+4NO2↑+O2↑+28H2O↑合成Na2K2Ba(B9O15)2化合物；
按摩尔比Na:K:Ba:B＝2:2:1:18直接称取原料，与助熔剂PbO-K2O按摩尔比1:2进行混配，其中PbO与K2O的摩尔比为2:1，装入Φ80mm×80mm的开口铂金坩埚中，以温度80℃/h的升温速率加热至温度835℃，恒温80小时，得到钠钾钡硼氧混合熔液；
将混合熔液降至温度770℃，将籽晶杆快速伸入液面下，以温度1.5℃/h的速率缓慢降至650℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度35℃/h的速率降至室温，获得钠钾钡硼氧籽晶；
在化合物熔液中生长晶体：将得到的钠钾钡硼氧混合熔液降至温度760℃，将获得的Na2K2Ba(B9O15)2籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热45分钟，然后将籽晶下至混合熔液中进行回熔，恒温45分钟，快速降至温度750℃；
再以温度1℃/天的速率缓慢降温，以30rpm的转速旋转籽晶杆，待晶体生长到所需尺度后，将晶体提离熔液表面，以温度35℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可获得尺度为20mm×13mm×10mm的Na2K2Ba(B9O15)2晶体。
实施例10：
实施例1-9所得任意的Na2K2Ba(B9O15)2晶体，用于制备在探测器、飞行器、头罩、整流罩中的窗口材料(如图3所示)；用于制备显微镜和望远镜中的凸透镜(如图4所示)；用于制备用Na2K2Ba(B9O15)2晶体加工一个棱镜，在潜望镜、双目望远镜等仪器中改变光的进行方向，从而调整其成像位置，在光谱仪器中通过色散把复合光分解为光谱。

Claims (4)

1.一种钠钾钡硼氧光学晶体的制备方法，其特征在于该晶体的化学式为Na2K2Ba(B9O15)2，分子量为936.10，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为a = 8.493(8) Å，b =8.540(9) Å，c = 17.102(16) Å，β= 90.453(11) °，V= 1240(2) Å3，Z=2，采用固相反应法合成化合物，采用高温溶液生长晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、采用固相反应法，按摩尔比Na:K:Ba:B = 2:2:1:18称取原料放入研钵中，研磨均匀后放入刚玉坩埚，将刚玉坩埚置于马弗炉中，缓慢升温至400℃，恒温12小时，冷却后取出坩埚，将样品研磨均匀，再置于坩埚中，将马弗炉升温至720℃，恒温48小时后将样品取出，放入研钵中仔细研磨得到钠钾钡硼氧化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析，所得X射线谱图与Na2K2Ba(B9O15)2单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；
b、将步骤a制备的钠钾钡硼氧化合物单相多晶粉末与助熔剂按摩尔比1:1-5均匀混合，装入铂金坩埚中，以1-80℃/h的升温速率加热至温度750-880℃，恒温6-100小时，得到混合熔液，其中助熔剂为PbO、PbO-Na2O、PbO-K2O、PbO-Na2O-K2O、PbO-K2O-BaO或PbO-Na2O-K2O-BaO；
或按摩尔比Na:K:Ba:B = 2:2:1:18直接称取原料，与助熔剂混合均匀，以1-80℃/h的升温速率加热至温度750-880℃，恒温6-100小时，得到混合熔液，其中助熔剂为PbO、PbO-Na2O、PbO-K2O、PbO-Na2O-K2O、PbO-K2O-BaO或PbO-Na2O-K2O-BaO；
c、将步骤b得到的混合熔液降温至680℃-810℃，将籽晶杆伸入液面以下，以0.5-5℃/h的速率缓慢降温5-120℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以1-80℃/h的速率降至室温，获得钠钾钡硼氧籽晶；
d、将步骤b的混合熔液降温至670-800℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热5-60分钟，然后将籽晶下至接触混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，快速降至温度660-790℃；
e、再以0.1-3℃/天的速率缓慢降温，以0-100rpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离混合熔液表面，并以1-80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到钠钾钡硼氧光学晶体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中含钠化合物为Na2CO3、Na2O、Na2B4O7或NaNO3，含钾化合物为K2CO3、K2O、K2B4O7或KNO3，含钡化合物为BaCO3、BaO、Ba(OH)2、BaC2O4或Ba(NO3)2，含硼的化合物为H3BO3或B2O3。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于助熔剂PbO-Na2O、PbO-K2O、PbO-Na2O-K2O、PbO-K2O-BaO或PbO-Na2O-K2O-BaO体系中PbO与Na2O、K2O、BaO氧化物的摩尔比为1-6 : 1-5。
4.根据权利要求1所述方法获得的钠钾钡硼氧光学晶体在制备探测器、飞行器、头罩、整流罩中的窗口材料，或显微镜、望远镜中的凸透镜，或潜望镜、双目望远镜、光谱仪中的棱镜中的用途。
CN201510026660.1A 2015-01-19 2015-01-19 化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途 Active CN105862125B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510026660.1A CN105862125B (zh) 2015-01-19 2015-01-19 化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510026660.1A CN105862125B (zh) 2015-01-19 2015-01-19 化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105862125A CN105862125A (zh) 2016-08-17
CN105862125B true CN105862125B (zh) 2018-09-18

Family

ID=56622898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510026660.1A Active CN105862125B (zh) 2015-01-19 2015-01-19 化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105862125B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD918654S1 (en) 2019-06-06 2021-05-11 Sharkninja Operating Llc Grill plate
CN112505816B (zh) * 2020-11-30 2022-03-25 中国科学院新疆理化技术研究所 化合物硼酸钾钡和硼酸钾钡双折射晶体及制备方法和用途

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101113531A (zh) * 2006-07-28 2008-01-30 中国科学院理化技术研究所 一种氟硼酸钙非线性光学晶体的助熔剂生长方法
CN103132145A (zh) * 2011-11-24 2013-06-05 中国科学院新疆理化技术研究所 化合物钒硼酸钾锶和钒硼酸钾锶非线性光学晶体及制备方法和用途

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101113531A (zh) * 2006-07-28 2008-01-30 中国科学院理化技术研究所 一种氟硼酸钙非线性光学晶体的助熔剂生长方法
CN103132145A (zh) * 2011-11-24 2013-06-05 中国科学院新疆理化技术研究所 化合物钒硼酸钾锶和钒硼酸钾锶非线性光学晶体及制备方法和用途

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Synthesis and characterization of a new quaternary borate Na2Cs2Sr(B9O15)2 with the unprecedented [B9O19]11- group, notation of 3*(3:2Δ+T);Xuean Chen et al.;《Journal of Alloys and Compounds》;20141027;第623卷;全文 *
Xuean Chen et al..Synthesis and characterization of a new quaternary borate Na2Cs2Sr(B9O15)2 with the unprecedented [B9O19]11- group, notation of 3*(3:2Δ+T).《Journal of Alloys and Compounds》.2014,第623卷 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105862125A (zh) 2016-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101302647B (zh) 大尺寸硼酸钡铋非线性光学晶体及其制备方法
CN106283192B (zh) 化合物铅钡锌硼氧和铅钡锌硼氧非线性光学晶体及制备方法和用途
CN107699948B (zh) 系列复合金属稀土硼酸盐和复合金属稀土硼酸盐非线性光学晶体及制备方法和用途
CN103361725B (zh) 化合物氯硼酸铅钡和氯硼酸铅钡非线性光学晶体及制备方法和用途
CN106917140B (zh) 化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和用途
CN104213194B (zh) 氯硼硅酸钡和氯硼硅酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途
CN101974778B (zh) 硅酸钡钛晶体的制备方法
CN103590107B (zh) 化合物硼酸铯锌及硼酸铯锌非线性光学晶体和制备方法及用途
CN106868590B (zh) 化合物氟硼酸钡镁和氟硼酸钡镁非线性光学晶体及制备方法和用途
CN108070902A (zh) 化合物氟硼酸钠和氟硼酸钠双折射晶体及制备方法和用途
CN105862126B (zh) 化合物铷铅磷氧和铷铅磷氧光学晶体及制备方法和用途
CN105862125B (zh) 化合物钠钾钡硼氧和钠钾钡硼氧光学晶体及制备方法和用途
CN105332052B (zh) 化合物氯硼酸铷钠和氯硼酸铷钠光学晶体及制备方法和用途
CN106917139B (zh) 偏硼酸锂晶体的制备方法和用途
CN106149055B (zh) 化合物偏硼酸钠双折射晶体及制备方法和用途
CN103205812A (zh) 化合物硼硫酸铷和硼硫酸铷晶体及制备方法
CN105568376B (zh) 化合物钠硼氧氯光学晶体及其制备方法和用途
CN104651933B (zh) 氯硼酸钡及氯硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途
CN104746140B (zh) 化合物钾钠硼氧溴非线性光学晶体及制备方法和用途
CN103359755B (zh) 化合物一氟三硼酸五钡和一氟三硼酸五钡非线性光学晶体及制备方法和用途
CN105624779B (zh) 化合物钠硼氧溴光学晶体及其制备方法和用途
CN105862129B (zh) 化合物铯铅磷氧和铯铅磷氧光学晶体及其制备方法和用途
CN110143610A (zh) 化合物锂钾钛锗酸盐和锂钾钛锗酸盐非线性光学晶体及制备方法和用途
CN104213192B (zh) 六硼酸四铅和六硼酸四铅非线性光学晶体及制备方法和用途
CN107217301B (zh) 化合物氟硼酸锂钾和氟硼酸锂钾非线性光学晶体及制备方法和用途

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant