[发明专利]一种碳酸氧铅二阶非线性光学晶体材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种碳酸氧铅二阶非线性光学晶体材料及其制备与应用，该晶体材料的化学式为Pb₂O(CO₃)，分子量为490.41，属于正交晶系，其空间群为P2₁2₁2₁，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2，晶胞体积为本发明的碳酸氧铅晶体材料具有优良的光学性能，在1064nm激光辐照下，粉末倍频强度约为磷酸二氢钾晶体的3.2倍，且在1064nm激光照射下都能实现相位匹配。

技术领域

本发明属于非线性光学材料技术领域，涉及一种碳酸氧铅二阶非线性光学晶体材料及其制备与应用。

背景技术

二阶非线性光学晶体是一种广泛应用于激光领域的光电功能材料，在激光频率转换、光电调制、激光信号全息储存、激光通讯等方面具有重要的应用价值。目前已被实际应用的二阶非线性光学材料有β-偏硼酸钡(β-BaB₂O₄)、硼酸锂(LiB₃O₅)、磷酸二氢钾(KH₂PO₄)、磷酸钛氧钾(KTiOPO₄)、铌酸锂(LiNbO₃)、钛酸钡(BaTiO₃)、银镓硫(AgGaS₂)、锌锗磷(ZnGeP₂)等，然而，目前依然缺乏应用于商用非线性光学晶体。这是由于性能优良的非线性光学晶体需要满足众多苛刻的条件：大的倍频系数和光学带隙，良好的物理和化学稳定性，易生长成大尺寸高质量的单晶等。尤其是倍频系数和光学带隙之间还存在相互制约的关系。因此，研究实现倍频系数和光学带隙平衡的新型非线性光学晶体材料是当前无机光学功能材料领域的一个重要方向。本发明正是基于此而提出的。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种碳酸氧铅二阶非线性光学晶体材料及其制备与应用，其解决了当前缺乏可实际应用的非线性光学晶体的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种碳酸氧铅二阶非线性光学晶体材料，其化学式为Pb₂O(CO₃)。

进一步的，该晶体材料属于正交晶系，其空间群为P2₁2₁2₁，晶胞参数为a＝α＝β＝γ＝90°，Z＝2，晶胞体积为

本发明的碳酸氧铅的晶体结构如下：每个Pb²⁺离子和六个氧原子配位形成PbO₆多面体，Pb²⁺离子与相邻的CO3^2-基团桥连形成二维PbCO₃层状结构，其中两个CO3^2-基团分别与另两个Pb²⁺离子角共享，构成三维结构。

本发明的技术方案之二提供了一种碳酸氧铅二阶非线性光学晶体材料的制备方法，取碳源、铅源和水混合形成初始混合原料，接着在水热条件下晶化，即得到目的产物。

进一步的，所述的碳源为碳酸钾、碳酸钠或碳酸铷，优选的，碳源为碳酸钾；所述的铅源为氧化铅、氟化铅、氯化铅或硫酸铅，优选的，所述的铅源为氧化铅。

进一步的，初始混合原料中，碳元素、铅元素和水的摩尔比例为1：(0.5～10)：(10～200)。

进一步的，水热条件的温度为150～230℃，晶化时间不少于24h。此处优选在密封的水热反应釜中完成，利用密封的水热反应釜中形成高温高压状态，可模拟出类似地质岩石矿物的自然形成条件，有利于难溶的原料溶解、混合，加速化学反应速率和晶化速率，经过这种非均相反应即得所述碳酸氧铅晶体材料。

更进一步的，水热条件温度为180～230℃，晶化时间不少于48h。