[发明专利]立方相钽铌酸钾钠晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钽铌酸钾钠晶体及其制备方法。

背景技术

光折变材料广泛的应用于光学存储、光学放大、光学通讯、光学计算、光学信息处理、光学计算机及光学神经网络领域。立方相(顺电相)光折变晶体以其优异的电光和电控光折变性能，成为目前此方面研究的热点。与处于铁电相的电光及光折变晶体相比，顺电相(立方相)晶体具有以下独特的性质：第一，在居里温度附近时，其二次电光效应(Kerr效应)十分显著。在外加电场的作用下，晶体的折射率变化可以达到10^-2。第二，顺电相(立方相)晶体从生长到使用过程中不发生结构相变，不存在铁电晶体在结构相变过程中易开裂、光学质量下降等问题，晶体的光学和机械性能都很好。第三，掺杂顺电相(立方相)晶体具有显著的电控光折变效应，衍射效率达到90％以上，衍射光对外电场响应时间仅为几个纳秒。目前光折变材料种类繁多，现有光折变材料中性能比较好的为“四方相掺杂钽铌酸钾晶体及生长工艺(中国申请号：93110394.0，申请日：1993年4月19日)”的专利；但钽铌酸钾晶体的生长十分困难，尤其是晶体处于铁电相十分容易开裂，且晶体在铁电-顺电(立方)相变过程中光学质量下降，很难用于顺电(立方)相。从产业化的角度来考虑，由于四方相钽铌酸钾晶体烧结温度高(高达1350℃)，耗时长，成品率低，导致生产成本高。

发明内容

本发明目的是为了解决现有钽铌酸钾晶体产品容易开裂，顺电(立方)相钽铌酸钾晶体光学质量低，烧结温度高，耗时长，成品率低及成本高的问题而提供立方相钽铌酸钾钠晶体及其制备方法。

立方相钽铌酸钾钠晶体的化学式为K_1-yNa_yTa_1-xNb_xO₃，其中0.2<x<0.42，0<y<1。

立方相钽铌酸钾钠晶体的制备方法按以下步骤实现：一、按摩尔比(K+Na)∶(Ta+Nb)为58∶36的比例称取K₂CO₃粉末、Na₂CO₃粉末、Ta₂O₅粉末和Nb₂O₅粉末混合，得混合粉末，研磨混合均匀，放入坩埚内；二、将坩埚置于生长炉，在室温条件下升温至900～1100℃，并保温9～11h，得钽铌酸钾钠多晶体；三、将铌酸钾钠多晶体继续升温至1200～1250℃，并保温5～10h，而后降温至1180℃；四、采用顶端籽晶助溶剂法，在籽晶杆转速为7～15r/min的条件下旋转到晶体放肩至8～15mm后，然后在提拉速度为0.4～0.6mm/h将晶体提拉至20～30mm，再将晶体提出，而后降至室温，即得立方相钽铌酸钾钠晶体，化学式为K_1-yNa_yTa_1-xNb_xO₃；其中步骤一中Ta∶Nb的摩尔比为0.3～1.0，步骤四助溶剂为K₂CO₃粉末和Na₂CO₃粉末。

立方相钽铌酸钾钠晶体的化学式为M:K_1-yNa_yTa_1-xNb_xO₃，其中M为过渡金属元素Fe、Cu或Mn，0.2<x<0.42，0<y<1。