Cs2GeB4O9化合物及其單晶體制造技術

本發明專利技術涉及Cs2GeB4O9化合物及其單晶體、制備方法和用途。該化合物屬于四方晶系，空間群為，晶胞參數為，α?=?β?=?γ?=?90°，Z?=?2，晶胞體積為。Cs2GeB4O9晶體的粉末倍頻效應是KH2PO4?(KDP)的2.8倍，紫外截止邊位于198?nm。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種新型非線性光學晶體材料。
技術介紹
近年來，隨著紫外激光在半導體光刻，生物醫學，激光光譜學等科技領域的應用， 全固態紫外激光系統迅速發展，以其體積小巧，性能穩定，光束質量高，維護費用低等優勢， 在紫外激光波段大有取代準分子激光器的趨勢。因此，作為全固態紫外激光系統的核心部件，能產生紫外諧波的非線性光學晶體具有廣泛的應用前景。目前，已報道的大量非線性光學晶體中，可用于紫外激光輸出的非線性光學晶體主要集中在硼酸鹽體系中，有P-BaB2O4 (ΒΒ0), LiB3O5 (LBO)，CsLiB6O10 (CLBO)，YAl3(BO3)4 (YAB)，KBe2(BO3)F2 (KBBF)等。但是這些晶體在實際應用中，也都存在一定的缺陷。BBO由于雙折射率過大，使接收角較小，故對輸入的基頻光的質量要求特別高量；LB0由于雙折射率小，相位匹配范圍受到限制，其最短倍頻輸出波長為276nm ；CLB0由于易于潮解，使用時需要特別保護；YAB由于含Al的原料中常含有Fe，導致生長得到的晶體在紫外區的透過率較低；KBBF則由于結構中的層狀特性，導致很難生長獲得足夠厚的高質量晶體。因此，進一步探索新型的紫外波段的非線性光學晶體，以彌補現有晶體的不足，將會有力的推動全固態紫外激光系統及相關科學、
的發展。硼氧基團具有豐富的構型，而將具有多樣的幾何配位構型的鍺引入到硼酸鹽中， 將會形成全新的硼鍺氧復合基團，得到結構更為豐富硼酸鹽衍生體系硼鍺酸鹽，同時，硼鍺酸鹽還將保持硼酸鹽具有較大非線性光學效應和較低紫外截止邊的優勢。因此，開展硼鍺酸鹽的探索，是尋找新型紫外非線性光學晶體的一條有效途徑。近年來，已有一系列硼鍺酸鹽非線性光學晶體材料被報道，如 K2GeB4O9 · 2H20, K2B2Ge3O10, CsB3GeO7, RbGeB3O7, Rb2GeB4O9, 此46%86017等。基于已報道的研究，我們進一步開展堿金屬硼鍺酸鹽非線性光學晶體材料的探索工作，發現一例新的非線性光學晶體Cs2GeB4O9，并成功生長得到大尺寸單晶體。相關工作，至今未見文獻報道。
技術實現思路
本專利技術的目的(I)提供一種化合物，該化合物由以下分子式代表Cs2GeB4O9; ⑵提供化合物Cs2GeB4O9的制備方法；(3)提供一種單晶體，其化學式為Cs2GeB4O9; (4) 提供化合物Cs2GeB4O9單晶體的生長方法；(5)提供化合物Cs2GeB4O9單晶體的用途。本專利技術的技術方案如下本專利技術提供化學式為Cs2GeB4O9的化合物，該化合物屬于四方晶系，空間群為/4, 晶胞參數為= = 6,806 (4) A，c = 9,953 (8) A α=β = γ=90°,ζ = 2,晶胞體積為F =461.0(7) Α;。本專利技術提供了該化合物的制備方法，包括如下步驟將含Cs、Ge、B的化合物原料按Cs、Ge、B摩爾比為2:1:4比例稱量，混合均勻后，采用高溫固相合成法，在700 820 °C 燒結，冷卻至室溫，即可獲得化合物Cs2GeB409。具體的制備過程為將含Cs、Ge、B的化合物原料按Cs、Ge、B摩爾比為2:1:4比例稱量，研磨混合均勻后，從室溫緩慢升溫至400 700°C后，預燒I 100小時；冷卻至室溫，取出再次研磨；然后在700 820°C燒結I 100小時，冷卻至室溫，即可獲得化合物 Cs2GeB4O9 ;所述的含Cs的化合物原料為含銫的氧化物或氫氧化物或碳酸鹽或硝酸鹽或草酸鹽或硼酸鹽，所述的含Ge化合物原料為GeO2,所述的含B化合物原料為H3BO3或B203。將得到的化合物樣品研磨成粉末，對其進行XRD測試。本專利技術提供了化合物Cs2GeB4O9的單晶體。該單晶體，屬于四方晶系，空間群為晶胞參數為a = b = 6.806 (4) A, c = 9.953 (8) A α = β = γ =90 °,Z = 2,晶胞體積為F= 461.0 (7) A30晶體結構如圖I所示。該晶體結構的不對稱單元中，含有兩個獨立的Cs, 一個獨立Ge, —個獨立的B和三個獨立的O。其中，獨立的0(3)存在無序，其在格位上的占有率為0.5。B在形式上是四配位的，連接一個0(1)，兩個0(2)和一個0(3);考慮 0(3)是無序的，占有率為O. 5，所以實際上B是同時以BO3和BO4兩種配位模式存在。每四個該B-O基團通過共用氧原子連接成B-O團簇；而該團簇中共有十個氧格位，其中0(1)和 0(2)分別占據四個格位，0(3)占據兩個格位。因為0(3)的占有率為O. 5，所以該B-O團簇實際為B4O9單元。該B4O9單元進一步與GeO4四面體通過共用頂點氧原子交替連接而形成三維網狀[GeB4O9F陰離子骨架，其中平行a軸和b軸方向均存在一維的環孔道，Cs+離子填充于孔道之中。本專利技術提供了該單晶體的生長方法，包括如下步驟采用熔鹽法，以Cs2O-B2O3體系作為助熔劑，Cs2CVB2O3摩爾比為1/10 10/1 ;高溫溶液按照以Cs為基準時溶質與溶劑摩爾比為1/8 8/1配制；晶體生長溫度范圍為850 600 °C，降溫速度是O. I 5 °C / 天，籽晶轉動速度為O 60轉/分。具體的生長過程為助熔劑按Cs2CVB2O3摩爾比為1/10 10/1配制，高溫溶液按照以Cs為基準時溶質與溶劑摩爾比為1/8 8/1配制，將原料按上述比例混合均勻，升溫到500 900°C至原料完全熔化，恒溫I 20小時后，迅速降溫至飽和溫度以上5 10°C， 然后按照O. 2 5°C /天的速率降溫至600 700°C，關閉加熱爐電源，冷卻后，用水洗去助溶劑，即獲得本專利技術的無色透明的Cs2GeB4O9晶體；采用的化合物原料為含Cs的氧化物或氫氧化物或碳酸鹽或硝酸鹽或草酸鹽或硼酸鹽和GeO2和H3BO3或B203。本專利技術提供了單晶體的生長方法，包括如下步驟采用熔鹽法，以Cs2O-CsCI-B2O3 體系作為助熔劑，Cs20/CsC1/B203摩爾比為I 10/1 10/1 10 ;高溫溶液按照以Cs為基準時溶質與溶劑摩爾比為1/8 8/1配制；晶體生長溫度范圍為850 600 °C，降溫速度是O. I 5 °C /天，籽晶轉動速度為O 60轉/分具體的生長過程為助熔劑按Cs20/CsC1/B203摩爾比為I 10/1 10/1 10配制，高溫溶液按照以Cs為基準時溶質與溶劑摩爾比為1/8 8/1配制，將原料按上述比例混合均勻，升溫到500 900°C至原料完全熔化，恒溫I 20小時后，迅速降溫至飽和溫度以上5 10°C，然后按照O. 2 5°C /天的速率降溫至550 700°C，關閉加熱爐電源，冷卻后，用水洗去助溶劑，即獲得本專利技術的無色透明的Cs2GeB4O9晶體；采用的化合物原料為含Cs的氧化物或氫氧化物或碳酸鹽或硝酸鹽或草酸鹽或硼酸鹽和GeO2和H3BO3或B2O3和 CsCl。本專利技術提供了該單晶體的生長方法，包括如下步驟采用熔鹽法，以Cs2O-CsF-B2O3 體系作為助熔劑，Cs20/CsF/B203摩爾比為I 10/1 10/1 10 ;高溫溶液按照以Cs為基準時溶質與溶劑摩爾比為1/8 8/1配制；晶體生長溫度范圍為850 600 °C，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
化學式為Cs2GeB4O9的化合物,該化合物屬于四方晶系，空間群為，晶胞參數為，α?=?β?=?γ?=?90°，Z?=?2，晶胞體積為。FDA0000221495711.jpg,FDA0000221495712.jpg,FDA0000221495713.jpg

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：毛江高，徐翔，
申請(專利權)人：中國科學院福建物質結構研究所，
類型：發明
國別省市：