CN110184642B - 一种紫外可见波段双折射晶体及粉末及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外可见波段双折射晶体，化学式是Ba2(C3N3O3)CNO。晶体属于三斜晶系，空间群为
Figure DDA0002122367080000011
晶胞参数为
Figure 201910611000837678
Figure DDA0002122367080000012
α＝82.146°,β＝75.303°,γ＝60.689°,Z＝2；所述晶体透过范围为240‑2000nm，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.36，为方解石CaCO3晶体的两倍，可用于制造紫外可见波段偏振起偏棱镜、偏振分束棱镜等光电元件。本发明还提供了该晶体及纯粉末相的制备方法。

Description

一种紫外可见波段双折射晶体及粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种双折射晶体及其制备方法，具体涉及一种氰尿酸盐双折射晶体及其粉末制备方法，属于晶体材料技术领域和光学技术领域。
背景技术
双折射是一束光束入射到各向异性的晶体时，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。由双折射产生的两束光为偏振方向相互垂直的线偏振光，其中一束遵从折射定律的称为寻常光(o光，其折射率用no表示，该折射率大小不随入射方向改变)；另一束不遵从折射定律的称为非常光(e光，其折射率用ne表示，该折射率大小会随着入射方向的改变而改变)，no与ne的最大差值称为双折射率。具有各向异性的晶体称为双折射晶体，可以用来制造偏振起偏棱镜、偏振分束棱镜等光电元件，在光学和通讯领域有着重要应用。
目前应用于红外到紫外波段的商用的双折射晶体包括YVO4晶体、方解石CaCO3晶体、α-BaB2O4晶体和MgF2晶体等。YVO4晶体具有大的双折射，但是在400nm以下不透光，多用于近红外波段而不能用于紫外波段；方解石CaCO3晶体是一种优秀的近紫外和可见波段双折射晶体，但是它主要以天然形式存在且尺寸较小、杂质较高，无法制作大尺寸光学偏光元件，而人工生长又比较困难；MgF2晶体具有非常宽的透过范围(110-8500nm)，可以应用于200nm以下深紫外波段，但是它的双折射率太小(在253.7nm的双折射只有0.0128)，使用时器件尺寸大，使用非常不便；α-BaB2O4晶体具有较大的双折射和宽的透光范围，可用于近红外、可见和紫外波段，但是由于存在固态相变，α-BaB2O4晶体生长过程中容易开裂，难以获得高质量、大尺寸的晶体。鉴于现有成熟双折射晶体存在的缺点，迫切需要寻找能够克服现有双折射晶体不足的新型双折射晶体。
本发明提供的Ba2(C3N3O3)CNO双折射晶体的透过范围宽(240-2000nm)，并且具有较大的双折射率Δn＝0.36(λ＝800nm)，是商业化双折射晶体方解石的两倍，可应用于紫外可见波段。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种紫外可见波段双折射晶体，该晶体化学式为Ba2(C3N3O3)CNO；该晶体透过范围为240-2000nm，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.36，为方解石CaCO3晶体的两倍。
进一步的，本发明提供的紫外可见波段双折射晶体属于三斜晶系，空间群为
Figure BDA0002122367060000021
晶胞参数为
Figure BDA0002122367060000022
α＝82.146°,β＝75.303°,γ＝60.689°,Z＝2。
本发明的另一目的在于提供Ba2(C3N3O3)CNO紫外可见波段双折射晶体的制备方法。
本发明提供的Ba2(C3N3O3)CNO双折射晶体的制备方法，其采用高温固相反应法制备，具体操作步骤按下进行：
a、将BaCl2和KOCN以摩尔比＝1:2.5的比例混合均匀后置于石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，在5小时内升温至700K，保温24小时后关闭炉子自然冷却至室温，用乙醇清洗产物得到Ba3(C3N3O3)2纯相粉末
b、步骤a中得到的Ba3(C3N3O3)2纯相粉末置于石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，在5小时内加热至893K并保温24h，之后以3K/h的速率缓慢降温至423K，最后关闭炉子自然冷却至室温，得到Ba2(C3N3O3)CNO晶体。
进一步的，所使用的化合物为无水BaCl2和无水KOCN。
本发明还提供了一种Ba2(C3N3O3)CNO双折射晶体的粉末制备方法，其采用真空固相反应法制备，具体操作步骤按下进行：
a、将无水BaCl2、无水KOCN以摩尔比为1:2的比例混合均匀后置于石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，以40K/h的速率升温至873K，保温72小时，然后以3K/h的速率缓慢降温至423K，之后关闭炉子自然冷却至室温，待冷却后取出样品；
b、将步骤a得到的样品研磨后用乙醇洗涤过滤，即可得到粉末状Ba2(C3N3O3)CNO化合物。
本发明的用于紫外可见波段的氰尿酸盐双折射晶体与其合成方法具有优点如下：
本发明中的用于紫外可见波段的氰尿酸盐双折射晶体化学式为Ba2(C3N3O3)CNO，其晶体结构如图1所示，为零维结构；基本结构基团为环状(C3N3O3)3-和链状CNO-，这些基团被Ba2+分开；该化合物为世界上首个包含(C3N3O3)3-和CNO-两种阴离子基团的化合物；另外，发明中对该化合物的合成方法速度快，合成的粉末纯，可以用于后期晶体生长；该晶体透过范围为240-2000nm，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.36，为方解石CaCO3晶体的两倍，可用于制造紫外可见波段偏振起偏棱镜、偏振分束棱镜等光电元件。
附图说明
图1为Ba2(C3N3O3)CNO双折射晶体的结构图
图2为Ba2(C3N3O3)CNO双折射晶体的粉末XRD图
具体实施方式：
实施例1，采用高温固相反应法制备Ba2(C3N3O3)CNO晶体：
称取0.208克无水BaCl2和0.203克无水KOCN(即BaCl2：KOCN＝1mmol：2.5mmol)，均匀混合后，装入Φ16mm×200mm的石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，在5小时内升温至700K，保温24小时后关闭炉子自然冷却至室温，用乙醇清洗产物得到Ba3(C3N3O3)2纯相粉末。之后，将得到的Ba3(C3N3O3)2纯相粉末置于石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，在5小时内加热至893K并保温24h，之后以3K/h的速率缓慢降温至423K，最后关闭炉子自然冷却至室温，得到Ba2(C3N3O3)CNO晶体。该晶体属于三斜晶系，空间群为
Figure BDA0002122367060000031
晶胞参数为
Figure BDA0002122367060000032
α＝82.146°,β＝75.303°,γ＝60.689°,Z＝2，其晶体结构示意图见图1；该晶体透过范围为240-2000nm，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.36，为方解石CaCO3晶体的两倍。
实施例2，采用高温固相反应法合成Ba2(C3N3O3)CNO粉末：
称取3.536克无水BaCl2和2.754克无水KOCN(摩尔比＝1:2)，混合均匀后置于Φ16mm×200mm的石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，以40K/h的速率升温至873K，保温72小时，然后以3K/h的速率缓慢降温至室温，待冷却后取出样品；之后对得到的样品研磨后用乙醇洗涤过滤即可获得产物，产物通过X射线衍射确认如图2所示，确实为粉末状Ba2(C3N3O3)CNO晶体。
本发明的制备方法具有简单、易行、可靠等优点，且所得产物均匀性好，纯度高。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (4)

1.一种紫外可见波段双折射晶体，其特征在于：所述晶体的化学式是Ba2(C3N3O3)CNO。
2.根据权利要求1所述的紫外可见波段双折射晶体，其特征在于：所述晶体属于三斜晶系，空间群为
Figure FDA0002334531290000011
晶胞参数为
Figure FDA0002334531290000012
α＝82.146°,β＝75.303°,γ＝60.689°,Z＝2；所述晶体透过范围为240-2000nm，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.36。
3.权利要求1或2所述紫外可见波段双折射晶体的制备方法，其特征在于：所述晶体采用高温固相反应法制备，具体操作步骤如下：
a、将BaCl2和KOCN以摩尔比＝1:2.5的比例混合均匀后置于石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，在5小时内升温至700K，保温24小时后关闭炉子自然冷却至室温，用乙醇清洗产物得到Ba3(C3N3O3)2纯相粉末；
b、步骤a中得到的Ba3(C3N3O3)2纯相粉末置于石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，在5小时内加热至893K并保温24h，之后以3K/h的速率缓慢降温至423K，最后关闭炉子自然冷却至室温，得到Ba2(C3N3O3)CNO晶体；所述的BaCl2和KOCN为无水BaCl2和无水KOCN。
4.权利要求1或2所紫外可见波段双折射晶体的粉末的制备方法，其特征在于：采用真空高温固相反应法制备，具体操作步骤如下：
a、将无水BaCl2、无水KOCN以摩尔比为1:2的比例混合均匀后置于石英安瓿中，将安瓿抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，放入马弗炉中，以40K/h的速率升温至873K，保温72小时，然后以3K/h的速率缓慢降温至423K，之后关闭炉子自然冷却至室温，待冷却后取出样品；
b、将步骤a得到的样品研磨后用乙醇洗涤过滤，即可得到粉末状Ba2(C3N3O3)CNO晶体。
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