本发明涉及一种双温区法晶体生长装置及dast（4-n,n-二甲胺基-4’-n’-甲基-氮杂芪对甲苯磺酸盐）晶体的生长工艺。
背景技术：
有机非线性光学材料由于其非线性光学系数大、响应速度快、抗光损伤阈值高、介电常数低、易于进行分子设计等优点，备受化学、晶体学、光学等领域科研工作者关注。其中，s.r.marder等人于1989年8月首次报道了具有二阶光学非线性的dast晶体。dast为其英文名称4-n,n-dimethylamino-4’-n’-methyl-stilbazoliumtosylate的缩写，直译的中文名称应为4-n,n-二甲胺基-4’-n’-甲基-氮杂芪对甲苯磺酸盐。近年来研究发现dast晶体在1318nm处二阶非线性系数为1010pm/v、在720nm处电光系数为92pm/v、可产生0.1-40thz范围内的太赫兹波，被广泛用于宽频太赫兹波研究领域。
但是文献报道的dast晶体制备工艺大多采用溶液降温法或溶液蒸发法，这两大类晶体生长方法会受到自发成核现象的影响，形成的杂晶会与籽晶相互竞争，降低籽晶的生长速率，甚至贴附于籽晶表面引发籽晶多晶转变。
技术实现要素：
本发明目的是克服现有dast晶体生长工艺方法中自发成核对晶体生长过程的影响，特别提供一种双温区法晶体生长装置及dast晶体生长工艺。过量的dast源粉在下部高温区形成高温饱和溶液，通过连接直管向上部低温区传输，被上部低温区冷却后形成过饱和溶液，为dast晶体生长提供了驱动力。该双温区法晶体生长装置结构简单、易于组建、便于操作。该双温区法dast晶体生长工艺可避免自发成核对晶体生长过程的影响，实现dast晶体稳定生长，有利于提高晶体质量。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种双温区法晶体生长装置，其特征在于：双温区法晶体生长装置上部为低温区，具有杯状夹层结构；其中，内层杯体的内径为85~90mm，高为170~180mm，壁厚为5~10mm；外层杯体的内径为180~200mm，为高140~150mm，壁厚为5~10mm；双温区法晶体生长装置下部为高温区，呈球瓶形，体积为25ml或50ml，用于盛放过量溶质并形成高温饱和溶液；上下低温区和高温区间通过直管连接，直管内径为10~20mm，长为100~150mm，壁厚为5~10mm，并配有隔热挡板，隔热挡板直径为130~140mm，厚度为5~10mm，隔热挡板底面中心距离球瓶开口处20mm，用于隔热和支撑保温棉层。
本发明所述的一种采用双温区法晶体生长装置进行dast晶体生长工艺，其特征在于：采用双温区法晶体生长装置用于生长dast晶体时，向夹层中注水作为水浴加热内层杯体中的溶液，向下部高温区球瓶中加入5-10gdast源粉，向内层杯体注入55-64℃下的dast-甲醇饱和溶液450-850ml后，将内外杯体通过顶部盖板密封；分别对上下温区进行程序控温，设定温度稳定后的上部低温区水浴温度范围为30-39℃，下部高温区温度范围为56-67℃；上部低温区通过缓慢降温达到所设定的温度，降温速率为0.05-2.00℃/d，温度稳定后设定为恒温状态；下部高温区始终设定为恒温状态。
本发明在研发过程中，通过适当地调整注入不同温度和体积的dast-甲醇饱和溶液、上部低温区水浴温度、下部高温区温度等工艺参数，又进一步稳定了双温区法dast晶体生长工艺，因此本发明又提供了以下优选的双温区法dast晶体生长工艺。
本发明优选的一种采用双温区法晶体生长装置进行dast晶体生长工艺，其特征在于：双温区法晶体生长装置用于生长dast晶体时，向夹层中注水作为水浴加热内层杯体中的溶液，向下部高温区球瓶中加入5-8gdast源粉，向内层杯体注入55-60℃下的dast-甲醇饱和溶液650-850ml后，将内外杯体通过顶部盖板密封；分别对上下温区进行程序控温，设定温度稳定后的上部低温区水浴温度范围为34-39℃，下部高温区温度范围为56-61℃；上部低温区通过缓慢降温达到所设定的温度，降温速率0.10-1.00℃/d，温度稳定后设定为恒温状态；下部高温区始终设定为恒温状态。
本发明的优点和有益效果是：
（1）提供了一种双温区法晶体生长装置，适用于溶液法晶体生长过程，尤其适用于溶液的亚稳区范围较窄的晶体生长过程，操作简便，易于控制。
（2）提供了一种双温区法dast晶体生长工艺，其优点在于：a.可以克服溶液中自发成核现象对晶体生长过程的影响，自发成核形成的晶核会落入下部高温区而再次溶解，不会在上部低温区停留而影响籽晶的生长；b.上下温区温度稳定后，装置内溶液的浓度分布也随之稳定，籽晶将以平稳的生长速率生长，不会因溶液浓度的起伏变化而改变，有利于提高晶体质量。
附图说明
图1为本发明的双温区法晶体生长装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明：
本发明双温区法晶体生长装置为一体式结构，材质采用但不限于石英或者玻璃材质。对上下温区进行程序控温均采用但不限于电阻加热或者灯加热方式。
实施例1：双温区法晶体生长装置上部为低温区，具有杯状夹层结构。其中，内层杯体1的内径85mm，高170mm，壁厚5mm；外层杯体2的内径200mm，高150mm，壁厚5mm，下部为高温区，呈球瓶形，体积25ml，用于盛放过量溶质并形成高温饱和溶液；上下温区间通过直管4连接，直管内径10mm，长100mm，壁厚5mm，并配有隔热挡板5，隔热挡板直径140mm，厚度5mm，挡板底面中心距离球瓶3开口处20mm，用于隔热和支撑保温棉层。双温区法晶体生长装置为一体式结构，采用玻璃材质。双温区法晶体生长装置上部低温区采用灯加热方式，下部高温区采用电阻加热方式。
双温区法晶体生长装置用于生长dast晶体时，向夹层中注水作为水浴加热内层杯体1中的溶液，向下部高温区球瓶3中加入5gdast源粉，向内层杯体1注入64℃下的dast-甲醇饱和溶液450ml后，将内外杯体通过顶部盖板密封；分别对上下温区进行程序控温，设定温度稳定后的上部低温区水浴温度为30℃并恒温，上部低温区通过缓慢降温达到所设定的温度，降温速率2.00℃/d，下部高温区温度范围为67℃并恒温。当上部低温区温度为31℃时，借助籽晶杆放入一颗尺寸2mm×2mm×0.1mm的dast籽晶，经过15d的生长，获得一颗尺寸4.8mm×4.3mm×0.8mm的dast晶体。
实施例2：双温区法晶体生长装置上部为低温区，具有杯状夹层结构。其中，内层杯体1的内径90mm，高180mm，壁厚10mm；外层杯体2的内径180mm，高140mm，壁厚10mm；下部为高温区，呈球瓶形，体积50ml，用于盛放过量溶质并形成高温饱和溶液；上下温区间通过直管4连接，直管内径20mm，长150mm，壁厚10mm，并配有隔热挡板5，隔热挡板直径130mm，厚度10mm，挡板底面中心距离球瓶3开口处20mm，用于隔热和支撑保温棉层。双温区法晶体生长装置为一体式结构，采用石英材质。双温区法晶体生长装置上部低温区采用电阻加热方式，下部高温区采用灯加热方式。
双温区法晶体生长装置用于生长dast晶体时，向夹层中注水作为水浴加热内层杯体1中的溶液，向下部高温区球瓶3中加入10gdast源粉，向内层杯体1注入55℃下的dast-甲醇饱和溶液850ml后，将内外杯体通过顶部盖板密封；分别对上下温区进行程序控温，设定温度稳定后的上部低温区水浴温度为39℃并恒温，上部低温区通过缓慢降温达到所设定的温度，降温速率0.05℃/d，下部高温区温度范围为56℃并恒温。当上部低温区温度为40℃时，借助籽晶杆放入一颗尺寸2mm×2mm×0.1mm的dast籽晶，经过20d的生长，获得一颗尺寸10mm×9.5mm×3mm的dast晶体。
实施例3：双温区法晶体生长装置上部为低温区，具有杯状夹层结构。其中，内层杯体1的内径87mm，高175mm，壁厚6mm；外层杯体2的内径190mm，高145mm，壁厚6mm；下部为高温区，呈球瓶形，体积25ml，用于盛放过量溶质并形成高温饱和溶液；上下温区间通过直管4连接，直管内径15mm，长140mm，壁厚6mm，并配有隔热挡板5，隔热挡板直径135mm，厚度6mm，挡板底面中心距离球瓶3开口处20mm，用于隔热和支撑保温棉层。双温区法晶体生长装置为一体式结构，采用石英材质。双温区法晶体生长装置上部低温区采用灯加热方式，下部高温区采用电阻加热方式。
双温区法晶体生长装置用于生长dast晶体时，向夹层中注水作为水浴加热内层杯体1中的溶液，向下部高温区球瓶3中加入5gdast源粉，向内层杯体1注入60℃下的dast-甲醇饱和溶液650ml后，将内外杯体通过顶部盖板密封；分别对上下温区进行程序控温，设定温度稳定后的上部低温区水浴温度为34℃并恒温，上部低温区通过缓慢降温达到所设定的温度，降温速率1.00℃/d，下部高温区温度范围为61℃并恒温。当上部低温区温度为35℃时，借助籽晶杆放入一颗尺寸3mm×3mm×0.1mm的dast籽晶，经过17d的生长，获得一颗尺寸5.5mm×5.0mm×1mm的dast晶体。
实施例4：双温区法晶体生长装置上部为低温区，具有杯状夹层结构。其中，内层杯体1的内径87mm，高175mm，壁厚6mm；外层杯体2的内径190mm，高145mm，壁厚6mm；下部为高温区，呈球瓶形，体积25ml，用于盛放过量溶质并形成高温饱和溶液；上下温区间通过直管4连接，直管内径15mm，长140mm，壁厚6mm，并配有隔热挡板5，隔热挡板直径135mm，厚度6mm，挡板底面中心距离球瓶3开口处20mm，用于隔热和支撑保温棉层。双温区法晶体生长装置为一体式结构，采用石英材质。双温区法晶体生长装置上部低温区采用灯加热方式，下部高温区采用电阻加热方式。
双温区法晶体生长装置用于生长dast晶体时，向夹层中注水作为水浴加热内层杯体1中的溶液，向下部高温区球瓶3中加入8gdast源粉，向内层杯体1注入55℃下的dast-甲醇饱和溶液850ml后，将内外杯体通过顶部盖板密封；分别对上下温区进行程序控温，设定温度稳定后的上部低温区水浴温度为39℃并恒温，上部低温区通过缓慢降温达到所设定的温度，降温速率0.10℃/d，下部高温区温度范围为56℃并恒温。当上部低温区温度为40℃时，借助籽晶杆放入一颗尺寸3mm×3mm×0.1mm的dast籽晶，经过64d的生长，获得一颗尺寸15mm×13mm×5mm的dast晶体。
在上述所有实施例中，实施例3和实施例4所获得的dast晶体质量更优、透过率更高，因此实施例3和实施例4为本发明的优选实施例，并将其工艺参数区间作为本发明的优选工艺方案。