专利名称：一种非线性光学晶体硼酸铋镉的制作方法
一种非线性光学晶体硼酸铋镉技术领域
本发明属于非线性光学材料及其合成。
技术背景
非线性光学晶体，具有倍频效应(SHG)，在激光频率转换、电光调制、光折变信息处 理，非线性光学成像等高科技领域有着重要应用价值。非线性光学材料在现代科学技术中， 特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、 光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。目前 实际应用的非线性光学晶体包括 Li 05 (LBO)，β -BaB2O4 (BBO)，KH2PO4 (KDP)，KTiOPO4 (KTP)， LiNbO3(LNO)与BaTiO3(BTO)等。最近研究表明含孤对电子的铋阳离子与具有非心结构的硼 酸盐结合也可得到性能优越的非线性光学材料，如BW3O6，BaBiBO4, Bi2SiOB2O6等。在探索 非线性光学材料中，我们从已知材料的结构出发，发现Ca4Man)0(BO3)3(A = Ca ;M = La,Nd, Sm, Gd，Er, and Y)这个系列的化合物空间群为Cm，属于非心结构，具有优良的非线性光学 性质，我们希望通过用铋取代该体系中的稀土元素，来增强材料的倍频系数，得到了性能优 越的新型非线性光学材料。有关这方面的研究尚无文献报道。发明内容
本发明的目的之一在于制备硼酸铋镉化合物。
本发明的目的之二在于制备硼酸铋镉单晶体。
本发明制备的硼酸铋镉化合物，其化学式为Cd4BiO(BO3)3，分子量为851. 05。
硼酸铋镉化合物采用高温法合成。具体而言，按Cd Bi B的摩尔比为 4:1: 3，称取CdO，Bi2O3与H3BO3研碎，混合均勻，放入钼坩埚中，在箱式电阻炉中于800 至820°C反应数小时，即可得到浅黄色多晶粉末，纯度可达100%。
本发明制备的硼酸铋镉单晶体，其化学式为Cd4BiO(BO3)3，分子量为851. 05，属单 斜晶系，空间群 Cm，单胞参数为 a = 8. 044 (2)，b = 15. 913(5)，c = 3. 4891(10) A, alpha = 90.00° ,beta = 100. 08(2) °，gamma = 90. 00°，V = 439. 7 (2) A3，Z = 2。它的结构为由 CdO6和CdO7多面体通过两两共边形成一个沿c方向的双链，链和链在通过共顶点进而形成 具有八元和四元隧道的三维结构。Bl和Bi则位于由四个CdO6和四个CdO7多面体所围成 的隧道当中，而B2则位于由两个CdO6和两个CdO7多面体围成四元环中。B原子都是三配 位的形成具有极性的平面三角形结构，Bi原子由于孤对电子对其立体结构的影响进而形成 具有不规则的八面体。值得注意的是结构中的B203和BiO6两个构型的极性方向基本上是 一致，都是朝着a方向，这就对非线性光学性质的起到了增强作用。
硼酸铋镉单晶体通过高温法制备。具体而言，以CdO，Bi2O3与H3BO3为原料，混合 均勻研磨，预烧后研磨，然后再高温900°恒温，接着缓慢降温，最后让其自然冷却到室温， 获得浅黄色透明的片状晶体。
非线性光学测量表明，硼酸铋镉(Cd4BiO(BO3)3)具有优良的非线性光学性能，在31064nm激光照射下输出很强的532nm绿光，其粉末SHG系数大致相当于KDP的6倍。预期 在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值。此类非线 性光学材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、 激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯 等，都有一系列重要应用。
图1.硼酸铋镉的沿c轴方向的结构图2.硼酸铋镉的纯相粉末图3.硼酸铋镉的紫外-可见吸收光谱图。
具体实施方式
实施例1硼酸铋镉粉末制备
按Cd Bi B的摩尔比为4 1 3比例称好的CdO，Bi2O3与H3BO3研磨、混合 均勻，放入Pt坩埚中，置于箱式电阻炉中，在820°C反应M小时，即可得到产率为100%的 浅黄色粉末纯相。
实施例2硼酸铋镉单晶体的制备
将按Cd Bi B的摩尔比为4 1 4比例称好的CdO，Bi2O3与H3BO3W磨，混 合均勻，放入Pt坩埚中，放入箱式炉中在300°C预烧，研磨。最后在900°C恒温10h，然后以 每小时3°C的速率降温到600°C，然后再以每小时6°C的速率降至300°C，最后让其自然冷却 到室温，在坩埚底部得到许多浅黄色透明的片状晶体。对该晶体进行了单晶X-射线衍射晶 体学分析知其为硼酸铋镉，其晶体学参数如上所述，结构如附图1所示。
权利要求
1.一种硼酸铋镉化合物，其化学式为Cd4BiO (BO3)3，分子量为851. 05。
2.—种权利要求1所述的硼酸铋镉化合物的制备方法，其特征在于采用高温固相法 合成，采用Cd Bi B的摩尔比为4 1 3的混合物为原料，反应温度为800至820°C。
3.一种非线性光学晶体硼酸铋镉，其特征在于其化学式为Cd4BiO(BO3)3，分子量 为851.05，属单斜晶系，空间群Cm，单胞参数为a = 8. 044(2), b = 15.913(5)，c = 3. 4891 (10) A, alpha = 90. 00° ,beta = 100. 08(2) °，gamma = 90. 00° ,V = 439. 7 (2) A3, Z = 2。
4.一种权利要求3所述的硼酸铋镉单晶体的制备方法，其特征在于以CdO，Bi2O3与 H3BO3为原料，研磨使其混合均勻，先低温预烧，研磨，最后在900°C恒温，然后以一定速率降 至室温，获得浅黄色透明晶体。
5.一种权利要求3的非线性光学晶体材料硼酸铋镉的用途，其特征在于该晶体用于 潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光 计算或光纤通讯。
全文摘要
一种三色团复合构成的光学晶体硼酸铋镉，涉及非线性光学材料领域。硼酸铋镉，其化学式为Cd4BiO(BO3)3，分子量为851.05，属单斜晶系，空间群Cm，单胞参数为a＝8.044(2)，b＝15.913(5)，c＝3.4891(10)alpha＝90.00°，beta＝100.08(2)°，gamma＝90.00°，V＝439.7(2)Z＝2。采用高温固相法制备。硼酸铋镉具有优良的非线性光学性能，其粉末SHG系数相当于KDP的六倍。
文档编号G02F1/355GK102031562SQ20091011258
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者张炜龙, 程文旦 申请人:中国科学院福建物质结构研究所