[发明专利]一种掺杂铌酸锂前驱体及掺杂铌酸锂多晶料的制备方法

说明书

本发明属于无机材料制备领域，具体涉及一种掺杂铌酸锂前驱体及掺杂铌酸锂多晶料的制备方法，所述方法以氧化石墨烯溶液为分散剂，通过液相合成得到含有氧化石墨烯的掺杂铌酸锂前驱体，再高温煅烧除去氧化石墨烯，得到的掺杂铌酸锂多晶料高纯且混合均匀，且方法简单，适合工业化批量生产。

技术领域

本发明属于无机材料制备领域，具体涉及一种掺杂铌酸锂前驱体及掺杂铌酸锂多晶料的制备方法。

背景技术

铌酸锂(LiNbO₃，简称LN)晶体是一种集非线性、电光、压电、光弹、光折变等功能于一体的多功能晶体，它不仅具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性，而且易于加工，原料价格相对而言也比较便宜。因此LN与水晶一样，是少数经久不衰、并不断开辟应用新领域的重要功能材料。

LN晶体是一种典型的非化学计量比晶体，可以使用提拉法或坩埚下降法从同成分LN熔体中生长获得同成分铌酸锂晶体(CLN)。在CLN晶体中由于锂离子的缺失造成晶体中存在着大量的空位缺陷和反位缺陷本征缺陷，影响了LN晶体一些重要物理和光学性质。晶体中的Li/Nb为化学计量比的铌酸锂晶体称为化学计量比铌酸锂晶体(SLN)，要达到完全化学计量比(Li/Nb＝50/50摩尔比)很难，通过改进晶体生长技术，人们可以获得接近化学计量比铌酸锂晶体，故有时也称近化学计量比铌酸锂晶体(NSLN)，SLN或NSLN晶体的一些重要的物理性质和光学性质明显高于CLN晶体。

传统的掺杂晶体生长原料的制备方法是通过将掺杂元素氧化物、氧化铌、碳酸锂粉体混合，在1150℃高温煅烧形成铌酸锂多晶原料。此方法虽然能够大量制备多晶料，但是由于掺杂氧化物颗粒的熔点很高，而且纳米氧化物本身容易团聚，不容易均匀混合在氧化铌和碳酸锂混合粉体中，从而导致氧化物不容易均匀掺杂在多晶料中，在晶体生长过程中也不能完全熔化，造成掺杂晶体中出现氧化物富集的包裹体。因此，开发能够使掺杂氧化物均匀分散在多晶料中、且能批量化生成的制备方法十分必要。

发明内容

针对现有固相法掺杂不均匀的技术难题，本发明的一个目的是提供一种掺杂铌酸锂前驱体的制备方法，所述方法以氧化石墨烯溶液为分散剂，通过液相合成得到含有氧化石墨烯的掺杂铌酸锂前驱体，再高温煅烧除去氧化石墨烯，得到的掺杂铌酸锂多晶料高纯且混合均匀，且方法简单，适合工业化批量生产。

本发明的另一个目的是提供一种掺杂铌酸锂多晶料的制备方法，所述方法以掺杂铌酸锂前驱体为原料，制备得到的掺杂铌酸锂多晶料不仅纯度高、混合均匀，且熔点降低，在以掺杂铌酸锂多晶料为原料生长铌酸锂晶体的过程中，不但可以节约能源，而且对于连续加料生长工艺来说，可以防止在生长过程中多晶料的加入引起的浮晶现象。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种掺杂铌酸锂前驱体的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将掺杂离子氧化物加到有机酸中，加热至50～80℃搅拌至完全溶解后冷却至室温，所述有机酸的用量以碳酸锂的质量计，将上述有机酸稀释至每4～8ml有机酸含1～5克碳酸锂，所述掺杂离子氧化物的用量以五氧化二铌的摩尔量计，掺杂离子氧化物的摩尔量是五氧化二铌摩尔量的0.1％～7％；

步骤(2)：向步骤(1)所得溶液中加入氧化石墨烯溶液，用氨水调节溶液pH≥7，所述氧化石墨烯溶液的用量以碳酸锂的质量计，氧化石墨烯溶液与碳酸锂的体积质量比为1ml：20g～1ml：50g；

步骤(3)：向步骤(2)所得溶液中加入五氧化二铌和碳酸锂，超声搅拌使其完全分散，形成混合均匀的悬浊液，所述五氧化二铌和碳酸锂的摩尔比为41.5：58.5；

步骤(4)：将步骤(3)所得悬浊液冷冻、真空干燥即得掺杂铌酸锂前驱体。

第二方面，本发明提供一种掺杂铌酸锂多晶料的制备方法，包括将本发明的掺杂铌酸锂前驱体在1100℃的温度下煅烧10h即得。