CN110499531B - 一种溴氰酸钡双折射晶体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溴氰酸钡双折射晶体，属于晶体材料技术领域和光学技术领域。其化学式是BaCNOBr，该晶体属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为
Figure DDA0002427144000000011
Figure DDA0002427144000000012
Z＝4；该晶体透过范围为320‑2500nm，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.257，可用于制造紫外可见近红外波段偏振起偏棱镜、偏振分束棱镜等光电元件。本发明还提供了双折射晶体BaCNOBr的多晶粉末及单晶制备方法。

Description

一种溴氰酸钡双折射晶体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氰酸盐双折射晶体、粉末多晶与单晶制备方法，特别是一种用于紫外可见近红外波段的分子式为BaCNOBr的双折射晶体、粉末多晶及其单晶制备方法，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双折射晶体。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种溴氰酸钡双折射晶体，该晶体化学式为BaCNOBr；该晶体透过范围为320-2500nm，λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.257；可用于紫外可见近红外波段。
本发明的另一目的在于提供BaCNOBr双折射晶体的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种溴氰酸钡双折射晶体，其化学式是BaCNOBr。该晶体属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为
Figure GDA0002427143990000021
Z＝4；该晶体透过范围为320-2500nm，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.257。
本发明还提供了一种溴氰酸钡双折射晶体的小晶体的制备方法，其采用高温固相反应法制备，具体操作步骤如下：
将BaBr2和RbCNO以摩尔比＝1:1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20℃/小时的速率升温至600℃，保温72小时，然后以3℃/小时的降温速率降温至100℃，最后关闭马弗炉冷却至室温，得到BaCNOBr晶体。
其中，所使用的BaBr2和RbCNO为无水BaBr2和无水RbCNO。
本发明还提供了一种溴氰酸钡双折射晶体的多晶粉末的制备方法，采用高温固相反应法制备，具体操作步骤按下进行：
a、将BaBr2和RbCNO以摩尔比＝1:1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20℃/小时的速率升温至600℃，保温72小时，然后以3℃/小时的降温速率降温至100℃，然后关闭马弗炉自然冷却，待冷却后取出样品；
b、将步骤a得到的样品研磨后用甲醇洗涤过滤，即可得到多晶粉末状BaCNOBr化合物。
本发明还提供了一种溴氰酸钡双折射晶体的大单晶生长方法，采用自发结晶坩埚下降法，封在镀碳的石英坩埚中进行晶体生长，其步骤按下进行：
将BaCNOBr粉末装入Φ30mm×200mm的镀碳石英坩埚中，抽真空至10-3Pa后，用氢氧焰封装后置于晶体生长炉中，缓慢升至700℃待原料完全熔化后，坩埚以0.3-5mm/小时的速度垂直下降进行晶体生长；晶体生长结束后，晶体生长炉用60小时降至室温，得到无色透明的BaCNOBr晶体。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
本发明的氰酸盐双折射晶体化学式为BaCNOBr，发明中对该化合物的合成方法速度快，合成的粉末纯度高；发明中对该晶体的单晶生长速度快、晶体质量高；该双折射晶体具有透过范围宽(320-2500nm)、双折射大(在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.257)等优点，可用于制造偏振起偏棱镜、偏振分束棱镜等光电元件。
附图说明
图1为BaCNOBr双折射晶体的结构图；
图2为BaCNOBr双折射晶体的粉末XRD图；
图3为BaCNOBr双折射晶体的计算双折射图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1，采用高温固相反应法制备BaCNOBr小晶体：
称取0.297克无水BaBr2和0.127克无水RbCNO(即BaCl2：RbCNO＝1mmol：1mmol)，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，以20℃/小时的速率升温至600℃，保温72小时，然后以3℃/小时的降温速率降温至100℃，最后关闭马弗炉冷却至室温，得到BaCNOBr晶体；该晶体属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为
Figure GDA0002427143990000041
Figure GDA0002427143990000042
Z＝4，晶体结构如图1所示；该晶体透过范围为320-2500nm，具有大的双折射，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.257(图3)。
实施例2，采用高温固相反应法合成BaCNOBr多晶粉末：
称取2.970克无水BaBr2和1.270克无水RbCNO(摩尔比＝1:1)，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20℃/小时的速率升温至600℃，保温72小时，然后以3℃/小时的降温速率降温至100℃，最后关闭马弗炉冷却至室温，待冷却后取出样品；之后对得到的样品研磨后用甲醇洗涤过滤，即可得到粉末状BaCNOBr化合物。如图2所示，合成的BaCNOBr粉末XRD图谱与单晶数据拟合的图谱符合的很好，说明合成的样品纯度很高，可以用于BaCNOBr单晶生长。
实施例3，采用自发结晶坩埚下降法生长BaCNOBr大单晶：
称取50克合成的BaCNOBr多晶粉末，装入Φ30mm×200mm的镀碳石英坩埚中，抽真空至10-3Pa后，用氢氧焰封装后置于晶体生长炉中，缓慢升至700℃待原料完全熔化后，生长坩埚以0.1-10mm/小时的速度垂直下降；晶体生长结束后，生长装置用60小时降至室温，得到无色透明的BaCNOBr晶体。
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 (5)

1.一种溴氰酸钡双折射晶体，其特征在于，其化学式是BaCNOBr；该晶体属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为
Figure FDA0002427143980000011
Z＝4；该晶体透过范围为320-2500nm，在λ＝800nm处双折射率计算值Δn＝0.257。
2.根据权利要求1所述的双折射晶体的小晶体的制备方法，其特征在于采用高温固相反应法制备，具体操作步骤如下：
将BaBr2和RbCNO以摩尔比＝1:1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20℃/小时的速率升温至600℃，保温72小时，然后以3℃/小时的降温速率降温至100℃，最后关闭马弗炉冷却至室温，得到BaCNOBr晶体。
3.根据权利要求2所述的双折射晶体的小晶体的制备方法，其特征在于所使用的BaBr2和RbCNO为无水BaBr2和无水RbCNO。
4.根据权利要求1所述的双折射晶体的多晶粉末的制备方法，其特征在于采用高温固相反应法制备，具体操作步骤按下进行：
a、将BaBr2和RbCNO以摩尔比＝1:1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20℃/小时的速率升温至600℃，保温72小时，然后以3℃/小时的降温速率降温至100℃，然后关闭马弗炉自然冷却，待冷却后取出样品；
b、将步骤a得到的样品研磨后用甲醇洗涤过滤，即可得到多晶粉末状BaCNOBr化合物。
5.根据权利要求1所述的双折射晶体的大单晶生长方法，其特征在于采用自发结晶坩埚下降法，封在镀碳的石英坩埚中进行晶体生长，其步骤按下进行：
将BaCNOBr粉末装入Φ30mm×200mm的镀碳石英坩埚中，抽真空至10-3Pa后，用氢氧焰封装后置于晶体生长炉中，缓慢升至700℃待原料完全熔化后，坩埚以0.3-5mm/小时的速度垂直下降进行晶体生长；晶体生长结束后，晶体生长炉用60小时降至室温，得到无色透明的BaCNOBr晶体。
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