[发明专利]一种无机晶体化合物及其制备方法和应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种无机晶体化合物及其制备方法和应用，属于无机化学领域，也属于材料科学领域和光学领域。

背景技术

非线性光学效应起源于激光与介质的相互作用。当激光在具有非零二阶极化率的介质中传播时，会产生倍频、和频、差频、光参量放大等非线性光学效应。利用晶体的二阶非线性光学效应，可以制成二次谐波发生器、频率转换器、光学参量振荡器等非线性光学器件，在激光技术、大气监测和国防军事等众多领域，都有着重要的应用价值。无机非线性光学材料在二阶非线性光学材料的实用化研究中居主导地位。依据透光波段和适用范围，无机二阶非线性光学晶体材料可分为紫外光区非线性光学材料、可见光区非线性光学材料和红外光区非线性光学材料。目前已投入实用的紫外及可见光区的无机非线性光学材料有β-偏硼酸钡（BBO）、硼酸锂（LBO）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸钛氧钾（KTP）等，基本可以满足大多数实用的要求。但对于红外非线性光学材料来讲，离实用还有差距。原因在于现有的红外二阶非线性光学晶体材料，如AgGaS₂、AgGaSe₂和ZnGeP₂等晶体，虽然具有很大的二阶非线性光学系数，在红外光区也有很宽的透过范围，但合成条件苛刻，不容易生长光学质量高的大单晶，特别是损伤阈值较低，因而不能满足二阶非线性光学晶体材料的实用化要求。而实现红外激光的频率转换又在国民经济、国防军事等领域有着重要的价值，如实现连续可调的分子光谱，拓宽激光辐射波长的范围，开辟新的激光光源等。因而寻找高激光损伤阈值的红外无机非线性光学材料的研究已成为当前非线性光学材料研究领域的一个重要课题。

目前，红外无机非线性光学材料的研究主要从两个方面展开，一是通过晶体生长技术，从已知的二阶非线性光学晶体材料中生长更加完美、更加符合应用要求的晶体；二是寻找新的二阶非线性光学晶体材料，这包括合成新的化合物或从已知化合物中寻找具有良好非线性光学性质的材料。目前已经发现了多种性能优良的卤化物二阶非线性光学晶体材料，如SbF₃、NaSb₃F₁₀、HgBr₂、Hg₂BrI₃、Hg₂Br₃I和HgBrI等。作为无机化合物的重要组成部分，氧化物光学晶体材料普遍具有良好的绝缘性、较宽的带隙以及较高的晶体激光损伤阈值，因而能够满足二阶非线性光学晶体材料的实用化要求。在本发明采用氧化物作为光学晶体材料，具有合成方法操作简单、原料利用率高、实验条件温和以及产品纯度高等优点。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种透光波段较宽、二阶非线性光学系数较大、能够实现相位匹配、容易制备且稳定性较好的无机晶体化合物及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述的无机晶体化合物作为二阶非线性光学晶体材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种无机晶体化合物，分子式为K₂W₃SeO₁₂。

所述的无机晶体化合物，其晶体空间群为R3c。

一种制备所述无机晶体化合物的方法，包括以下步骤：

将K₂CO₃、WO₃和SeO₂按1：3：1的摩尔比称量，与一定量的去离子水一同装入水热反应釜内，K⁺的最终浓度为1 mol/L；将封闭的水热反应釜放入马弗炉内，加热到230°C，恒温反应10天后再降温到室温；反应结束后，用蒸馏水和乙醇洗涤产物，产物为白色微小晶体颗粒。

所述的降温速率可为3°C /h。

以下是制备本发明K₂W₃SeO₁₂的反应方程式：

K₂CO₃+ 3WO₃+ SeO₂           K₂W₃SeO₁₂

所述的无机晶体化合物作为二阶非线性光学晶体材料的应用。

本发明制得的这种无机晶体化合物具有以下优点和有益效果