CN106917140B - 化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和用途，该晶体化学式为Li2Na2B2O5，分子量为161.4，属于正交晶系，空间群是Cmcm，晶胞参数a=3.313Å,b=9.985Å,c=13.400Å，V=443.3Å3,Z=4。其透光范围为170‑3500 nm，双折射率为0.108（1064 nm）‑0.248(200 nm)之间。该化合物硼酸锂钠采用固相反应法合成；Li2Na2B2O5双折射晶体采用高温熔体法或助溶剂法生长晶体，通过本发明所述方法获得的硼酸锂钠双折射晶体机械硬度适中，易于切割、抛光加工和保存，并且同成分熔融，易于生长，具有较大的双折射率，在光学和通讯领域有重要应用，可用于制作偏振分束棱镜，相位延迟器件和电光调制器件等。

Description

化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和应用，特别是一种用于红外-深紫外波段的分子式为Li2Na2B2O5的硼酸锂钠双折射晶体的制备方法和应用
背景技术
双折射是指一束光投射到晶体表面上产生两束折射光的现象，产生这种现象的根本原因是在于晶体材料的各向异性。光在光性非均质体均质体(如立方系以外的晶体)中传播时，除了个别特殊的方向(沿光轴方向)外，会改变其振动特点，分解为两个电场矢量振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两束偏振光，这种现象称为双折射，这样的晶体称为双折射晶体。晶体的双折射性质是光电功能材料晶体的重要光学性能参数，利用双折射晶体的特性可以得到线偏振光，实现对光束的位移等，从而使得双折射晶体成为制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等光学元件的关键材料。
常用的双折射材料主要有方解石晶体、金红石晶体、LiNbO3晶体、YVO4晶体、α-BaB2O4晶体以及MgF2晶体等。以MgF2为例，它的透过范围为110-8500nm，它是一种应用于深紫外很好的晶体材料，但是它的双折射率太小，不适合用作制造格兰棱镜，只能用于洛匈棱镜，且光速分离角小，期间尺寸大，使用不便；石英晶体的双折射率也很小，存在同样的问题；YVO4晶体也是一种人工制备的双折射晶体，而且由于YVO4熔点高，必须使用铱坩埚进行提拉生长，且生长的气氛为弱氧气氛，从而在生长时存在钇元素的变价问题，从而使得晶体的质量下降，不易获得高质量的晶体并且它的透过范围是400-5000nm，不能直接用于紫外区。以天然形式存在的方解石是应用都比较广泛的双折射晶体，但是杂质含量比较高，普通晶体只能使用350nm以上的波段，紫外光学级方解石晶体获得困难，其使用波段也无法达到深紫外区(<250nm)。金红石也主要以天然形式存在，人工合成比较困难，且尺寸较小，硬度大，难以加工。近年来报道了几种硼酸盐双折射晶体：高温相BaB2O4晶体的透过范围是189-3500nm，双折射率较大，但是该晶体易潮解，且存在相转移，易在晶体生长过程中开裂，影响了晶体的成品率和利用率。
随着社会的发展，人类对双折射晶体的需求越来越多，质量要求越来越高，因此，发现新的优秀的双折射光学晶体材料仍然是一个亟待解决的问题。
根据当前无机双折射晶体材料发展情况,对新型双折射晶体不仅要求具有大的双折射率,而且还要求它的综合性能参数好,同时易于生成优质大尺寸体块晶体,这就需要进行大量系统而深入的研究工作。探索高性能的双折射晶体材料是光电功能材料领域的重要课题之一，人们仍在不断探索以求发现性能更好的双折射晶体。
发明内容
本发明目的在于提供一种化合物硼酸锂钠双折射晶体，该晶体的分子式为Li2Na2B2O5，分子量为161.4，属于正交晶系，空间群是Cmcm，晶胞参数
Figure GDA0002158949020000022
Z＝4。
本发明另一目的是提供制备大尺寸硼酸锂钠双折射晶体的方法。
本发明的再一目的在于提供硼酸锂钠双折射晶体的应用。
本发明所述的一种化合物硼酸锂钠双折射晶体，该晶体的分子式为Li2Na2B2O5，分子量为161.4，属于正交晶系，空间群是Cmcm，晶胞参数
Figure GDA0002158949020000024
Z＝4。
所述的化合物硼酸锂钠双折射晶体的制备方法，采用固相反应合成化合物，高温熔体法或助熔剂法生长硼酸锂钠双折射晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将含锂化合物纯度为99.9％的氧化锂、氢氧化锂或碳酸锂，含钠化合物为纯度99.9％的氧化钠或碳酸钠和含硼化合物为纯度99.9％的硼酸或氧化硼按锂、钠和硼的摩尔比1:1:1称取放入研钵中并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的敞口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至430℃，恒温24小时，待冷却后取出坩埚，此时样品较疏松，接着取出样品重新研磨均匀，再置于坩埚中，在马弗炉内温度550℃恒温48小时，将其取出并研磨充分，即得硼酸锂钠化合物单相多晶粉末，放入研钵中研磨进行X射线分析，所得X射线谱图与Li2Na2B2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
b、将步骤a得到的化合物硼酸锂钠单相多晶粉末在坩埚中加热到熔化，在温度600℃－650℃恒温4-15h，再降温至570℃-580℃，得到硼酸锂钠熔体；
或将含锂化合物纯度为99.9％的氧化锂、氢氧化锂、或碳酸锂，含钠化合物为纯度99.9％的氧化钠或碳酸钠和含硼化合物为纯度99.9％的硼酸直接称取原料，与助熔剂NaF或PbF2按Li:Na:B:NaF/PbF2的摩尔比4:4:4:0.5-0.8进行混配，或与助熔剂B2O3按Li:Na:B:B2O3的摩尔比4:4:4:1-2进行混配，或与助熔剂NaF和PbF2按Li:Na:B:NaF:PbF2的摩尔比4:4:4:0.5-0.8:1-2进行混配,装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化，在温度620℃恒温10小时，再降温至560℃，得到混合熔体；
c、制备硼酸锂钠籽晶：将步骤b得到的熔体以温度0.5-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得籽晶；
d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有步骤b制得的熔体的坩埚置于单晶炉中，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度550℃-560℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热30-60分钟，再使籽晶和液面接触，恒温30-60分钟；
e、再以温度0.5-5℃/天的速率缓慢降温，0-100rpm转速旋转籽晶杆，0-15mm/h的速度向上提拉生长晶体；
f、待晶体生长到所需尺寸后，将晶体提离液面，并以温度1-30℃/h速率降至室温，然后将晶体从单晶炉中取出，即可得到Li2Na2B2O5双折射晶体。
所述的硼酸锂钠双折射晶体在制备光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器或光学调制器中的用途。
光学起偏器中为偏振分束棱镜。
偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜或洛匈棱镜。
本发明所述的化合物硼酸锂钠双折射晶体，采用固相反应合成化合物，高温熔体法或助熔剂法生长硼酸锂钠双折射晶体，该化合物的化学反应式：
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3＝2Li2Na2B2O5+6H2O↑+4CO2↑
4LiOH+2Na2CO3+4H3BO3＝2Li2Na2B2O5+8H2O↑+2CO2↑
2Li2O+2Na2CO3+4H3BO3＝2Li2Na2B2O5+6H2O↑+2CO2↑
2Li2O+2Na2O+4H3BO3＝2Li2Na2B2O5+6H2O↑
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5NaF→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5NaF
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5PbF2→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5PbF2
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5NaF+2PbF2→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5NaF+2PbF2
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.8NaF+2PbF2→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.8NaF+2PbF2
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.8NaF+PbF2→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.8NaF+PbF2
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5NaF+PbO→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5NaF+PbO
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.8NaF+PbO→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.8NaF+PbO
2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5NaF+2PbO→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5NaF+2PbO
4Li2CO3+4Na2CO3+4H3BO3+2B2O3→4Li2Na2B2O5+8CO2↑+6H2O↑
本发明所述硼酸锂钠双折射晶体，该晶体用于红外-深紫外波段，为负单轴晶体，ne<no，透过范围170-3500nm，双折射率为0.090(3500nm)-0.230(180nm)之间。
本发明所述的硼酸锂钠双折射晶体，化学式为Li2Na2B2O5，分子量为161.4，属于正交晶系，空间群是Cmcm，晶胞参数
Figure GDA0002158949020000031
Z＝4。其透光范围为170-3500nm，双折射率为0.108(1064nm)-0.248(200nm)之间。晶体易于生长、易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存；在制备方法中采用高温熔体法(自熔体自发结晶法、熔体提拉法、熔体顶部籽晶法)或助熔剂法生长晶体。所获得的晶体在空气中稳定。能够用于制作格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器等偏振分束棱镜，在光学和通讯领域有重要应用。
附图说明
图1Li2Na2B2O5晶体粉末XRD曲线图；
图2Li2Na2B2O5双折射率计算曲线图；
图3用于红外-深紫外波段的Li2Na2B2O5双折射晶体的照片；
图4为本发明楔形双折射晶体偏振分束器示意图；
图5a为用本发明方法生长的晶体制作光束位移器，加工一个双折射晶体，令其光轴面与棱成一角度θ，其中4为光轴，7为光轴面；
图5b为本发明当自然光垂直入射后，可以分成两束振动方向互相垂直的线偏振光，分别是o光和e光，双折率越大，两束光可以分开的越远，便于光束的分离，其中1为入射光，2为o光，3为e光，5为Li2Na2B2O5晶体照片晶体，6为透光方向。
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：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3＝2Li2Na2B2O5+6H2O↑+4CO2↑合成化合物Li2Na2B2O5：
a、将Li2CO3、Na2CO3和H3BO3按锂:钠:硼的摩尔比1:1:1称取放入研钵中并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的敞口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至430℃，恒温24小时，待冷却后取出坩埚，此时样品较疏松，接着取出样品重新研磨均匀，再置于坩埚中，在马弗炉内550℃恒温48小时，将其取出并研磨充分，即得硼酸锂钠化合物单相多晶粉末，放入研钵中研磨进行X射线分析，所得X射线谱图与Li2Na2B2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
b、将步骤a得到的化合物Li2Na2B2O5单相多晶粉末，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化，在温度630℃恒温5小时，再降温至570℃，得到混合熔体；
c、制备Li2Na2B2O5籽晶：将步骤b得到的混合熔体以温度2℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用铂丝悬挂法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的步骤b混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度550℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热30分钟，再使籽晶和液面接触，恒温30分钟；
e、再以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，以10rpm转速旋转籽晶杆，进行晶体的生长；
f、待单晶生长待所需尺寸后，将晶体提离液面，并以温度1℃/h速率降至室温，然后将晶体从单晶炉中取出，即得到20mm×25mm×10mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
实施例2
按反应式：4LiOH+2Na2CO3+4H3BO3＝2Li2Na2B2O5+8H2O↑+2CO2↑合成化合物Li2Na2B2O5，具体操作按实施例1步骤a进行：
b、将得到的化合物Li2Na2B2O5单相多晶粉末，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化，在温度630℃恒温10小时，再降温至580℃，得到混合熔体；
c、制备硼酸锂钠籽晶：将步骤b得到的混合熔体以温度0.7℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的步骤b混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度560℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热50分钟，再使籽晶和液面接触，恒温45分钟；
e、再以温度3℃/天的速率缓慢降温，以30rpm转速旋转籽晶杆，以5mm/h的速度向上提拉生长晶体；
f、待单晶生长待所需尺寸后，将晶体提离液面，并以温度15℃/h速率降至室温，然后将晶体从单晶炉中取出，即得到30mm×25mm×13mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，氢氧化锂可以由碳酸锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例3
按反应式：2Li2O+2Na2CO3+4H3BO3＝2Li2Na2B2O5+6H2O↑+2CO2↑合成化合物物Li2Na2B2O5，具体操作按实施例1步骤a进行：
b、将步骤a得到的化合物Li2Na2B2O5单相多晶粉末，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化，在温度650℃恒温12小时，再降温至558℃，得到混合熔体；
c、制备硼酸锂钠籽晶：将步骤b得到的混合熔体以温度8℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的步骤b混合熔液的坩埚置于单晶炉中，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度552℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热50分钟，再使籽晶和液面接触，恒温60分钟；
e、再以温度5℃/天的速率缓慢降温，以80rpm转速旋转籽晶杆，10mm/h的速度向上提拉生长晶体；
f、待单晶生长待所需尺寸后，将晶体提离液面，并以温度25℃/h速率降至室温，然后将晶体从单晶炉中取出，即得到28mm×25mm×15mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由硝酸钠、氧化钠、氯化钠或氢氧化钠替代，氧化锂可以由碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例4
按反应式：2Li2O+2Na2O+4H3BO3＝2Li2Na2B2O5+6H2O↑合成化合物物Li2Na2B2O5，具体操作按实施例1步骤a进行：
b、将步骤a得到的化合物Li2Na2B2O5单相多晶粉末，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化，在温度630℃恒温12小时，再降温至570℃，得到混合熔体；
c、制备硼酸锂钠籽晶：将步骤b得到的混合熔体以温度10℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的步骤b混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度558℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热60分钟，再使籽晶和液面接触，恒温30分钟；
e、再以温度2℃/天的速率缓慢降温，以100rpm转速旋转籽晶杆，15mm/h的速度向上提拉生长晶体；
f、待单晶生长待所需尺寸后，将晶体提离液面，并以温度30℃/h速率降至室温，然后将晶体从单晶炉中取出，即得到25mm×25mm×15mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料氧化钠可以由硝酸钠、碳酸钠、氯化钠或氢氧化钠替代，氧化锂可以由碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例5
按反应式：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5NaF→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5NaF制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂NaF按摩尔比为2:2:4:0.5进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化，在温度620℃恒温10小时，再降温至560℃，得到混合熔体；
制备硼酸锂钠籽晶：将得到的混合熔体以温度0.5℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔液的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度550℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热30分钟，再使籽晶和液面接触，恒温30分钟；
再以温度2℃/天的速率缓慢降温，以10rpm转速旋转籽晶杆，进行晶体的生长，
待单晶生长待所需尺寸后，将晶体提离液面，并以温度10℃/h速率降至室温，然后将晶体从单晶炉中取出，即可得到25mm×25mm×10mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例6
按反应式：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5PbF2→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5PbF2制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂PbF2按摩尔比为2:2:4:0.5进行混配，研磨后装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度600℃，恒温4h，再降温至温度为560℃，得到混合熔体；
制备Li2Na2B2O5籽晶：将得到的混合熔体以温度1℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度555℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热60分钟，再使籽晶和液面接触，恒温60分钟；
再以温度3℃/天的速率降温，以15rpm的转速旋转籽晶杆，1mm/h的速度向上提拉生长晶体；
待晶体停止生长后，将晶体提离液面，以温度12℃/h的速率降至室温，然后取出晶体，即得到30mm×30mm×15mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例7
按反应式：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5NaF+2PbF2→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5NaF+2PbF2制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂NaF按摩尔比为2:2:4:0.8进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度:650，恒温15h，再降温至温度580℃，得到混合熔体；
制备Li2Na2B2O5籽晶：将得到的混合熔体以温度1.5℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度560℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热40分钟，再使籽晶和液面接触，恒温35分钟；
再以温度0.5℃/天的速率降温，以50rpm的转速旋转籽晶杆，8mm/h的速度向上提拉生长晶体；
待晶体停止生长后，将晶体提离液面，以温度25℃/h的速率降至室温，然后取出晶体，即得到30mm×30mm×20mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例8
按反应式：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.8NaF+2PbF2→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.8NaF+2PbF2制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂NaF和PbF2,按摩尔比为2:2:4:0.8:2进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，以温度10℃/h的升温速率将其加热至温度630℃，恒温5h，再降温至温度565℃，得到混合熔体；
制备Li2Na2B2O5籽晶：将得到的混合熔体以温度3℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔液的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度560℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热40分钟，再使籽晶和液面接触，恒温45分钟；
再以温度3℃/天的速率降温，以70rpm的转速旋转籽晶杆，10mm/h的速度向上提拉生长晶体；
待晶体停止生长后，将晶体提离液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后取出晶体，即得到30mm×35mm×25mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例9
按反应式：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.8NaF+PbF2→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.8NaF+PbF2制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂NaF和PbF2,按摩尔比为2:2:4:0.8:1进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度640℃，恒温13h，再降温至温度570℃，得到混合熔体；
制备Li2Na2B2O5籽晶：将得到的混合熔体以温度4.5℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度560℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热50分钟，再使籽晶和液面接触，恒温60分钟；
再以温度5℃/天的速率降温，以35rpm的转速旋转籽晶杆，2mm/h的速度向上提拉生长晶体；
待晶体停止生长后，将晶体提离液面，以温度5℃/h的速率降至室温，然后取出晶体，即得到33mm×30mm×18mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例10
按反应式：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5NaF+PbO→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5NaF+PbO制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂PbF2按摩尔比为2:2:4:0.5进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度620℃，恒温3h，再降温至温度568℃，得到混合熔体；
制备Li2Na2B2O5籽晶：将得到的混合熔体以温度8℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度553℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热60分钟，再使籽晶和液面接触，恒温35分钟；
再以温度3℃/天的速率降温，以100rpm的转速旋转籽晶杆，15mm/h的速度向上提拉生长晶体；
待晶体停止生长后，将晶体提离液面，以温度12℃/h的速率降至室温，然后取出晶体，即得到35mm×36mm×12mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例11
按反应式：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.8NaF+PbO→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.8NaF+PbO制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂NaFh和PbO,按摩尔比为2:2:4:0.8:1进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度640℃，恒温5h，再降温至温度564℃，得到混合熔体；
制备Li2Na2B2O5籽晶：将得到的混合熔体以温度10℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度550℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热55分钟，再使籽晶和液面接触，恒温45分钟；
再以温度2.5℃/天的速率降温，以65rpm的转速旋转籽晶杆，12mm/h的速度向上提拉生长晶体；
待晶体停止生长后，将晶体提离液面，以温度1℃/h的速率降至室温，然后取出晶体，即得到30mm×33mm×10mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例12
按反应式：2Li2CO3+2Na2CO3+4H3BO3+0.5NaF+2PbO→2Li2Na2B2O5+4CO2↑+6H2O↑+0.5NaF+2PbO制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂NaF和PbO,按摩尔比为2:2:4:0.5:2进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度610℃，恒温10h，再降温至温度575℃，得到混合熔体；
制备Li2Na2B2O5籽晶：将得到的混合熔体以温度6℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度560℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热50分钟，再使籽晶和液面接触，恒温50分钟；
再以温度4℃/天的速率降温，以75rpm的转速旋转籽晶杆，4mm/h的速度向上提拉生长晶体；
待晶体停止生长后，将晶体提离液面，以温度7℃/h的速率降至室温，然后取出晶体，即得到25mm×25mm×30mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例13
按反应式：4Li2CO3+4Na2CO3+4H3BO3+2B2O3→4Li2Na2B2O5+8CO2↑+6H2O↑制备晶体：
将Li2CO3、Na2CO3、H3BO3直接称取原料，与助熔剂B2O3按摩尔比为2:2:2:1进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度645℃，恒温8h，再降温至温度565℃，得到混合熔体；
制备Li2Na2B2O5籽晶：将得到的混合熔体以温度5℃/h的速率缓慢降至室温，在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体，自发结晶获得籽晶；
在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中，将得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度550℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热40分钟，再使籽晶和液面接触，恒温60分钟；
再以温度5℃/天的速率降温，以30rpm的转速旋转籽晶杆，6mm/h的速度向上提拉生长晶体；
待晶体停止生长后，将晶体提离液面，以温度4℃/h的速率降至室温，然后取出晶体，即得到20mm×20mm×15mm的Li2Na2B2O5双折射晶体。
反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代，碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代，硼酸可由氧化硼替换。
实施例14
将实施例1－13所得任意的Li2Na2B2O5晶体(如图3所示)，用于制备楔形双折射晶体偏振分束器，一个楔形的双折射晶体，光轴的取向如图4所示，一束自然光入射后经过晶体可以分成两束线偏振光，双折射率越大，两束光可以分开的越远，便于光束的分离。
实施例15
将实施例1－13所得的任意的Li2Na2B2O5晶体，用于制备光束位移器，加工一个双折射晶体，令其光轴面与棱成一角度θ(如图5a所示)，当自然光垂直入射后，可以分成两束振动方向互相垂直的线偏振光(如图5b所示)，分别是o光和e光，双折率越大，两束光可以分开的越远，便于光束的分离。

Claims (5)

1.一种化合物硼酸锂钠双折射晶体，其特征在于该晶体的分子式为Li2Na2B2O5，分子量为161.4，属于正交晶系，空间群是Cmcm，晶胞参数a = 3.313 Å, b = 9.985 Å, c =13.400 Å，V = 443.3 Å3 ,Z = 4。
2.根据权利要求1所述的化合物硼酸锂钠双折射晶体的制备方法，其特征在于采用固相反应合成化合物，高温熔体法或助熔剂法生长硼酸锂钠双折射晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将含锂化合物纯度为99.9%的氧化锂、氢氧化锂或碳酸锂，含钠化合物为纯度99.9%的氧化钠或碳酸钠和含硼化合物为纯度99.9%的硼酸或氧化硼按锂、钠和硼的摩尔比1:1:1称取放入研钵中并仔细研磨，然后装入Φ100 mm × 100 mm的敞口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至430℃，恒温24小时，待冷却后取出坩埚，此时样品较疏松，接着取出样品重新研磨均匀，再置于坩埚中，在马弗炉内温度550℃恒温48小时，将其取出并研磨充分，即得硼酸锂钠化合物单相多晶粉末，放入研钵中研磨进行X射线分析，所得X射线谱图与Li2Na2B2O5单晶结构得到的X射线谱图是一致的；
b、将步骤a得到的化合物硼酸锂钠单相多晶粉末在坩埚中加热到熔化，在温度600℃－650℃恒温4-15h，再降温至570℃-580℃，得到硼酸锂钠熔体；
或将含锂化合物纯度为99.9%的氧化锂、氢氧化锂或碳酸锂，含钠化合物为纯度99.9%的氧化钠或碳酸钠和含硼化合物为纯度99.9%的硼酸直接称取原料，与助熔剂NaF或PbF2按Li:Na:B:NaF/PbF2的摩尔比4:4:4:0.5-0.8进行混配，或与助熔剂B2O3按Li:Na:B:B2O3的摩尔比4:4:4:1-2进行混配，或与助熔剂NaF和PbF2按Li:Na:B:NaF:PbF2的摩尔比4:4:4:0.5-0.8:1-2进行混配，装入Φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中，将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化，在温度620℃恒温10小时，再降温至560℃，得到混合熔体；
c、制备硼酸锂钠籽晶：将步骤b得到的熔体以温度0.5-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得籽晶；
d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将放有步骤b制得的熔体的坩埚置于单晶炉中，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，降至温度550℃-560℃，从单晶炉顶部放入籽晶，先预热30-60分钟，再使籽晶和液面接触，恒温30-60分钟；
e、再以温度0.5-5℃/天的速率缓慢降温，0-100rpm转速旋转籽晶杆，0-15mm/h的速度向上提拉生长晶体；
f、待晶体生长到所需尺寸后，将晶体提离液面，并以温度1-30℃/h速率降至室温，然后将晶体从单晶炉中取出，即可得到Li2Na2B2O5双折射晶体。
3.根据权利要求1所述的硼酸锂钠双折射晶体在制备光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器或光学调制器中的用途。
4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于光学起偏器中为偏振分束棱镜。
5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜或洛匈棱镜。
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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
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CN115504480B (zh) * 2022-09-21 2024-03-01 中国科学院新疆理化技术研究所 化合物硼酸锌钡和硼酸锌钡双折射晶体及其制备方法和用途
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CN102517625B (zh) * 2011-12-23 2014-04-16 陕西师范大学 硼酸锶锂微孔晶体及其制备方法和应用
CN104775159B (zh) * 2014-01-10 2018-01-16 中国科学院新疆理化技术研究所 化合物硼酸钙和硼酸钙光学晶体及制备方法和用途
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