专利名称：新型紫外光通带滤波器材料四水硫酸镍钠晶体的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学与人工晶体材料。
背景技术：
常用的紫外晶体通带滤波器，例如六水硫酸镍(NiS04，6H20简称NSH)、五 水硫酸铜(CuS04 5H20)，具有在紫外波段具有高的光学透过率，可见光波段强 吸收的特性，广泛用于光谱、激光等技术领域。1998年N *B 'Singh， W *D屮antlow 发明了一种热稳定性比NSH晶体更好的新紫外光滤波晶体六水硫酸镍钾
(K2Ni (S04)2 -6H20简称KNSH)， (N 'B 'Singh， W 'D 'Pantlow， U 'S 'Patent5788764， Aug， 4， 1998)作为紫外通带滤波器的制作材料。NSH和認SH晶体虽然在紫外 波段(254nm)附近有很高的透过率(〉80%)，但在450 600nm可见光范围仍 有相当部分的透过率。2003年国家知识产权局受理我所申报的发明专利(申请 号03154182.8)---种用于紫外光通带滤波器的十二水硫酸镍钴晶体
(CoNi(S04)2* 12HA简称CNSH)这种晶体在紫外波段(254nm)有高的透过率 并能将大部分的可见光波段(450 600nm)过滤。
迄今为止，所报道的紫外光通带滤波器晶体材料的热稳定性均不超过 100°C，使得这些材料的应用范围受到限制。由于紫外光滤波晶体的组份、结构 特征与光谱及热稳定性能一定程度上是相互关联的，据此我们设计一种新的紫 外光通带滤波器晶体材料——四水硫酸镍钠(Na2Ni (S04)2'4H20简称丽SH)。这 是一种新的复合络合物，目前国内外尚无该化合物晶体生长、热学及光谱性能 等报道。 发明内容本发明的目的是设计并研制出一种新的紫外光滤波器晶体材料，使该晶体
材料具有常规紫外晶体具有的紫外波段( 254nm)的高透过率，同时又具有很 高的热稳定性能，采用溶液蒸发法生长出厘米级尺寸的丽SH晶体。 实现该发明的技术方案
NNSH的合成合成方法是采用国产分析纯的Na2S0jn NiS04 6H20试剂， 摩尔比为l: 1的二种原料在超纯水中加热搅拌溶解呈深绿色溶液，经蒸发后得 到绿色的NNSH透明结晶，其复合反应表示式为
Na2S04+NiS04 6H20=Na2Ni (S04)2 4H20+2H20
所得到的NSH结晶用等离子体原子发射光谱分析测定该晶体中Ni与Na元 素的化学配比为1:2。顺SH的晶体结构用CAD—4型X射线衍射仪测定，确定 该晶体的化学式为Na2Ni (S04)2 4H20，分子量368. 87，属单斜晶系，空间群P2!/c， 晶胞参数 a=5.5374(9)A，b=8.2022(13)A,c=ll. 0520(18) A， 3=100.5010(10)°， v=493. 56(14)A3, z=2， Dc=2. 482g cm—3。 NNSH的分子结构 和单晶结构见图l和图2。
晶体生长方法丽SH在水中有较大的溶解度和一定的溶解度温度系数， 适合采用水溶液蒸发法生长(1)晶体生长溶液的配制首先配制NNSH饱和溶 液，饱和温度控制在60 70。C，溶液为深绿色，ra值为5 5.5，并装在直径为 7 10cm的生长容器中。蒸发法生长NNSH晶体采用饱和溶液中自发结晶透明完 整晶体作为籽晶，粘合固定在有机玻璃晶架上。经过预热后将籽晶移入饱和溶
液中进行恒温生长，生长溶液的温度控制精度为士o.orc，晶体正反向转动速
度为30~60转/分，通过水蒸发量的控制，晶体的平均生长速度为0.5~1毫米/ 天。
丽SH晶体的透过光谱NNSH晶体样品两透光面经过抛光，通光长度为2ram。使用PE-Lambda900分光光度计进行透过光谱测量，测试波长范围选择紫外190nm 到近红外1200nm。晶体的透过光谱(见图3)表明丽SH晶体具有可作为商用紫 外光通带滤波器的光谱特性。NNSH晶体的热学稳定性用DELTA SERIES TGA7 热分析仪测量丽SH晶体的热重曲线，结果表明该晶体开始脱水温度为132.6°C， 而NSH和KNSH的开始脱水温度分别为73. 03°C、 97. 23°C，说明丽SH晶体的热 稳定性优于NSH、 KNSH晶体。
该发明与背景技术相比所具有的有益效果与目前广泛应用的紫外滤波NSH 晶体和美国专利紫外滤波新材料KNSH晶体相比，NNSH晶体材料的热稳定性更高， 超过13(TC，这有利于滤波器元件在特殊场合，例如炎热的沙漠环境、高空高速 飞行的航空器、太空飞行器中使用。
图1 NNSH分子结构；图2 NNSH晶体单胞结构；图3 NNSH晶体透过光谱； 图4 NNSH热重曲线；图5丽SH晶体。
具体实施例方式
采用国产分析纯的Na2S0jn NiS04 *6H20试剂，将反应合成得到的NNSH结晶 530g溶解在1000ml的二次蒸馏水中，配制成温度为6(TC的NNSH饱和溶液。溶 液处理将上述饱和溶液经过孔径O. 15um的微孔滤膜过滤处理，并装于体积IL
的玻璃广口瓶中，整体容器置于60°c、温度控制精度为士o.orc的恒温生长槽中。
NNSH晶体生长选用自发结晶、尺寸为2x2xlmm绿色小晶体作为籽晶在饱 和溶液中进行恒温蒸发生长，晶体正反向转速为30转/分，通过调节蒸发量控 制晶体生长速度为0. 5 1毫米/天，经过15天的生长周期得到15xl3x8腿3的绿 色NNSH单晶(图5)。
权利要求
1、一种用于紫外光通带的四水硫酸镍钠晶体，其特征在于，该晶体的分子式为Na2Ni(SO4)2·4H2O，分子量368.87，属单斜晶系，空间群P21/c，晶胞参数β＝100.5010(10)°，z＝2，Dc＝2.482g·cm-3，晶体为绿色，溶于水，空气中稳定。
2、 一种权利要求1的四水硫酸镍钠晶体的生长方法，其特征在于(1)生长溶液的配制是采用分析纯的Na2S04， NiSO,.6H20试剂，其摩尔比约 为l:l，在超纯水或二次蒸馏水中进行复合反应；(2 )生长籽晶是按(1)中配制的饱和溶液自发结晶获得；(3)晶体采用溶液蒸发法生长，生长温区在60 7(TC之间，生长溶液ra值 为5 5.5，晶体正反向转速30~60转/分，生长速度为0.5~1毫米/天。
3、一种权利要求1的四水硫酸镍钠晶体的应用，其特征在于该晶体用于紫外光通带滤波器制作，其工作环境温度从常温至ll(TC温度范围内。
全文摘要
新型紫外光通带滤波器材料四水硫酸镍钠晶体，涉及光学与人工晶体材料。该晶体材料具有常规紫外晶体具有的紫外波段(～254nm)的高透过率，同时又具有很高的热稳定性能。该晶体分子式为Na<sub>2</sub>Ni(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O，分子量368.87，属单斜晶系，空间群P2<sub>1</sub>/c，晶胞参数a＝5.5374(9)，b＝8.2022(13)，c＝11.0520(18)，β＝100.5010(10)°，v＝493.56(14)<sup>3</sup>，z＝2，Dc＝2.482g·cm<sup>-3</sup>。晶体为绿色，采用溶液蒸发法进行生长。该晶体材料的热稳定性比现有商业化晶体材料NSH、KNSH晶体更高，这有利于滤波器元件在特殊场合。
文档编号C30B29/10GK101476159SQ20081007040
公开日2009年7月8日 申请日期2008年1月3日 优先权日2008年1月3日
发明者庄欣欣, 霞 王, 苏根博, 贺友平, 郑国宗 申请人:中国科学院福建物质结构研究所