[发明专利]一种用于生长硼硅酸镧晶体的方法

说明书

技术领域

本发明的内容为一种用于生长LaBSiO₅晶体或者激活离子掺杂LaBSiO₅晶体的方法，涉及光电子功能材料技术领域，尤其是涉及制备一种可以作为固体光功能器件的工作介质的人工晶体技术领域。

背景技术

LaBSiO₅晶体兼具非线性和铁电压电等性质，是一种典型的多种功能材料基质。正是因为该晶体具有多种特殊性能，生长大尺寸的LaBSiO₅单晶长期以来吸引着人们的研究兴趣。然而，由于该化合物的晶体结构中兼有硅酸盐和硼酸盐的结构特征，生长原料中往往包含硼酸盐和硅酸盐，高温熔融状态下熔体粘度大，产物通常呈玻璃态而非晶态，所以LaBSiO₅晶体极难制备。

研究者们利用固相合成法或者溶胶凝胶法制备出LaBSiO₅或者激活离子掺杂的LaBSiO₅多晶粉末，研究了这些粉末晶体的结构特征和光电功能特性等。在这些工作中，研究者们合成出来的LaBSiO₅晶体尺寸为微米级，尺寸过小，导致无法对其进行深入的性能研究与开发。

为了得到较大尺寸的LaBSiO₅晶体，N. I. Leonyuk等人尝试了高温助熔剂法。N.I. Leonyuk等人以K₂Mo₃O₁₀与KF的混合物为助熔剂，在1150℃-700℃的温度区间内以2℃/h的降温速率进行降温，最后成功得到了最大尺寸为2mm的LaBSiO₅晶体。但是，该助熔剂体系中含有KF，有毒且有刺激性，在高温下挥发会对人体造成伤害。

综上所述，要想制备较大尺寸的LaBSiO₅晶体，目前仍面临两方面问题：1，熔体体系粘度大，不利于晶体析出；2，现有的助熔剂体系中含有氟化物，有毒。

发明内容

为解决制备较大尺寸的LaBSiO₅晶体所面临的问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于生长硼硅酸镧（LaBSiO₅）晶体的制备方法，采用熔盐法制备，熔盐体系中包括LaBO₃、Li₂MoO₄、SiO₂化合物。用x₁、 x₂、 x₃ 分别表示体系中LaBO₃、 Li₂MoO₄和SiO₂的摩尔百分含量，则这三种化合物的含量比需满足：0<x₁<0.3, 0.7≤x₂<1, 0<x₃<0.3且x₁+x₂+x₃=1；晶体的生长温度区间为1000℃-850℃；

利用本发明中所述方法制备出来的LaBSiO₅ 晶体，晶体尺寸为1-30mm，其晶体结构参数为：三方晶系，空间群为P3₁，晶胞参数为:a=6.8382Å， c=6.773 Å，α=β=90°，γ=120°，z=3；

利用该技术方法制备LaBSiO₅晶体时，可以根据需要向其中掺杂激活离子，如Y³⁺、 Tm³⁺、Eu³⁺、Ca²⁺离子等，这些激活离子替代晶格中的La³⁺或者B³⁺离子，从而制备出激活离子掺杂的LaBSiO₅晶体并对其晶体结构进行微调控，其中，激活离子的掺杂量为1-10 at%；

在上述技术方法中，LaBO₃的原料为La2O3和H₃BO₃，Li₂MoO₄的原料为Li₂CO₃和MoO₃，在高温下，上述原料按照以下化学方程式进行反应：