[发明专利]一种用于紫外光带通滤波器的六水硫酸镍铷晶体

说明书

技术领域

本发明涉及光学与人工晶体材料。

背景技术

作为紫外光滤波器的六水硫酸镍(NiSO₄.·6H₂O简称NSH)是一种优良的晶体材料，已广泛应用于光谱、激光技术作为紫外带通滤波器和传感器(Norsingh et.al.crystal for ultraviolet light filter united statespatent 5788765，Aug，4，1998)。NSH晶体在紫外波段(254nm)附近有很高的透过率(88-90％)，而除此之外的波段呈现高吸收的特征。相比较于其它种类的紫外滤波片，例如1、着色玻璃；2、明胶滤光片；3、溶液滤光片；4、干涉滤光片等，晶体材料NSH的紫外透过率更高，使用寿命长，制作和使用方便，且作为无机材料，与有机类滤光片对比，具有不受紫外线辐射损伤的特点，在医学检测、军事探测方面有其不可替代的应用价值。但NSH材料的热稳定性较低，仅为73℃，在沙漠、赤道海洋等高温地域的应用则受到某种程度上的限制。

根据分子组成、晶体结构与紫外-近红外光谱性能的分析研究，我们设计一种新的紫外光带通滤波器晶体材料-六水硫酸镍铷Rb₂Ni(SO₄)₂·6H₂O(简称RNSH)。RNSH最大的特点是具有较高的热稳定性。作为一种新的复合络合物，目前国内外尚未有RNSH晶体生长、单晶结构、光谱与热学性能等报道。

发明内容

本发明的目的是：设计并研制出一种新的紫外光滤波器晶体材料，该材料具有NSH晶体紫外波段(-254nm)高透过率的特征，而材料的热稳定性能更好，脱水温度超过100℃。

六水硫酸镍铷晶体的化学式为：Rb₂Ni(SO₄)₂·6H₂O(简称RNSH)。RNSH的合成方法采用国产分析纯摩尔比1:1的Rb₂SO₄和NiSO₄·6H₂O试剂在二次蒸馏水中加热搅拌溶解后冷却得到蓝绿色透明的RNSH结晶。其复合反应式为：

Rb₂SO₄+NiSO₄·6H₂O→Rb₂Ni(SO₄)₂·6H₂O--------(1)

RNSH晶体结构用CAD-4型X射线四圆衍射仪测定，确定该晶体的化学式为所设计合成的Rb₂Ni(SO₄)₂.·6H₂O，分子量为529.87，属单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数a＝6.2209(2)，b＝12.4082(3)，c＝9.1364(1)，α＝γ＝90°，β＝106.055(2)°，V＝677.73(3)，Z＝2，Dc＝2.596g/cm³，RNSH的分子结构和单晶结构见图1和图2

根据RNSH在水中的溶解度实验表明可用水溶液蒸发法或降温法生长RNSH晶体，我们采用降温法生长RNSH晶体。

(1)RNSH晶体生长溶液配制：按复合反应式(1)合成的RNSH结晶用二次蒸馏水重结晶，烘干后作为晶体生长的原料，配置饱和温度在50-60℃区间、溶液体积为500-1000ml的饱和溶液，经过0.15μm孔径的滤膜过滤，在高于饱和温度5-10℃过热溶液，后缓慢降温到高于饱和温度1-2℃的温度，溶液的PH值范围在2-3。

(2)降温法生长RNSH晶体：采用饱和溶液中自发结晶透明完整的小晶体作为籽晶，在50-60℃预热后放入(1)中配制的RNSH饱和溶液中进行生长，生长溶液的温度控制精度在0.01-0.02℃，晶体的正反转动速度为30-60转/分。通过生长溶液降温量控制晶体的生长速度，约1-3毫米/天。当晶体生长到所要求的尺寸后将晶体提出液面，通过自然降温退火到室温后取出。

RNSH晶体的透过光谱：用PE-Lambda900分光光度计测量，波长范围从紫外190nm到近红外1100nm，测试样品为NSH和RNSH晶体，厚度均为1.1mm，透过光谱(见图3)可看到它们在254nm紫外区具有较高的透过率和窄的透过波段，RNSH晶体对可见和红外的光吸收效果与NSH类似，适合作为紫外通带滤波器。