硫锑钠钡光学晶体及制备方法和用途与流程

本发明涉及化学式为BaNaSbS₃的硫化物硫锑钠钡光学晶体，晶体制备方法和用途。

背景技术：

探索新的红外光学材料一直是人们研究的热点。由于中远红外相干光源在红外医疗、红外检测、红外光谱分析等民事领域有所应用，同时在激光定向红外对抗、激光制导、激光通讯、红外遥感等军事领域也有着重要的应用。为了得到性能优异的光学材料，需要继续进行探索。未来红外光学材料的选择主要考虑两方面的性能。(1)具有高的激光损伤阈值；(2)在中远红外波段范围内具有高的透过率。而碱土金属和金属硫化物分别具备了上述两种优异的性能。在此基础上，人们已经探索出一些化合物，比如BaSb₂S₄/Se₄、Ba₈Sb₆S₁₇、Ba₄Sb₄Se₁₁、Na₂Ba₃Sb₄等，虽然这些化合物有比较好的结构，特别是Na₂Ba₃Sb₄是在β-Ba₅Sb₄化合物结构上由于阳离子的扭曲，替换生成新的化合物，在反磁性方面有潜在的应用，但在红外光学领域的材料需要继续探索，在此引入碱金属，使它的结构产生畸变，并且拉大带隙，因而碱土金属硫化物成为比较有前景的红外光学材料。

在发展新型红外光学晶体时，人们仍然选择透光范围宽，激光损伤阈值大的碱土金属硫化物晶体，并且为了进一步的拓宽透光范围，增大激光损伤阈值，阳离子通常使用没有d-d电子跃迁的碱金属或碱土金属。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种用于中远红外外波段的硫锑钠钡晶体，其化学式为BaNaSbS₃，透过范围宽(3-20μm)，且能用于中远红外波段。

本发明的另一目的在于，提供硫锑钠钡晶体的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述硫锑钠钡晶体的用途。

本发明所述的一种硫锑钠钡光学晶体，该晶体的化学式为BaNaSbS₃，分子量378.26，属于单斜晶系，空间群为P2₁/C，晶胞参数为

所述的硫锑钠钡光学晶体的制备方法，采用高温固相合成法合成，具体操作按下列步骤进行：

a、选用一步合成法：将Ba、Na、Sb或Sb₂S₃、S金属单质作为原料，按摩尔比Ba:Na:Sb:S＝1:1:0.5-1:1.5-3称量混合，将混合物放入石墨坩埚中；

或选用分步合成法合成：按摩尔比将Ba:S＝1:1称量混合，将混合物放入石墨坩埚中，合成中间产物BaS，将得到的BaS中间产物作为原料，按摩尔比BaS:Na:Sb或Sb₂S₃:S＝1:1: 0.5-1:0.5-2称量混合，将混合物放入石墨坩埚中；

b、将石墨坩埚放入二氧化硅石英管，选用喷灯和真空分子泵机组进行封管操作，喷灯采用氧气和甲烷气提供助燃，将二氧化硅石英管在真空度为10^-2-10^-4Pa操作环境条件下进行封管；

c、将封好的二氧化硅石英管放在马弗炉里面烧结，加热温度至450-800℃，恒温40-65小时，然后降到室温，从炉膛中取出二氧化硅石英管，从石墨坩埚中将晶体分离，即可得到硫锑钠钡光学晶体。

所述的硫锑钠钡光学晶体在制备红外医疗、红外检测、红外光谱分析中的用途。

所述红外检测中涉及激光定向红外对抗、激光制导、激光通讯或红外遥感中的用途。

本发明所述的一种硫锑钠钡光学晶体及制备方法和用途，其中该晶体化学式为BaNaSbS₃，分子量为378.26，属于单斜晶系，空间群为P21/C，晶胞参数为Z＝4。

所述硫锑钠钡晶体，透过范围是3-20μm；在空气中稳定，不易潮解，不溶于水。

所述的硫锑钠钡光学晶体中的金属单质Ba、Na、Sb、S或Sb₂S₃为纯度99.9％，所述的S纯度为99.9％。

本发明的优点如下：本发明所述的硫锑钠钡晶体的透过范围宽，且可用于中远红外外波段(3-20μm)_o在空气中稳定，不潮解，不溶于水。在光学和通讯领域有潜在的应用。

附图说明

图1为本发明BaNaSbS₃硫锑钠钡x-射线衍射图；

图2为本发明BaNaSbS₃硫锑钠钡晶体结构图；

图3为本发明BaNaSbS₃晶体能够用于光学透镜的工作原理图，其中1为激光器，2为聚焦系统，3为BaNaSbS₃晶体，4为光栅棱镜，5为滤波片。

具体实施方式

实施例1

按化学方程式：Ba+Na+Sb+3S→BaNaSbS₃制备晶体，所用原料(分析纯)：

a、选用一步合成法：按摩尔比将Ba 0.137g、Na 0.023g、Sb 0.112g和S 0.096g称量混合，再将混合物放入石墨坩埚中；

b、将步骤a石墨坩埚放入二氧化硅石英管，选用喷灯和真空分子泵机组进行封管操作，喷灯采用氧气和甲烷气提供助燃，将二氧化硅石英管在真空度为10^-2-10^-4Pa操作环境条件下进行封管；

c、将步骤b封好的二氧化硅石英管放在马弗炉里面烧结，加热温度至450℃，恒温40小时，然后降到室温，从炉膛中取出二氧化硅石英管，从石墨坩埚中将晶体分离，即可得到硫锑钠钡BaNaSbS₃光学晶体。

实施例2

按化学方程式：Ba+Na+1/2Sb₂S₃+3/2S→BaNaSbS₃制备晶体，所用原料(分析纯)：

a、选用一步合成法：按摩尔比将Ba 0.137g、Na 0.023g、Sb₂S₃ 0.160g和S 0.048g称量混合，将混合物放入石墨坩埚中；

b、将石墨坩埚放入二氧化硅石英管，选用喷灯和真空分子泵机组进行封管操作，喷灯采用氧气和甲烷气提供助燃，将二氧化硅石英管在真空度为10^-2-10^-4Pa操作环境条件下进行封管；

c、将封好的二氧化硅石英管放在马弗炉里面烧结，加热温度至500℃，恒温50小时，然后降到室温，从炉膛中取出二氧化硅石英管，从石墨坩埚中将晶体分离，即可得到硫锑钠钡BaNaSbS₃光学晶体。

实施例3

第一步:化学方程式：Ba+S→BaS，第二步：化学方程式：BaS+Na+Sb+2S→BaNaSbS₃制备晶体，所用原料(分析纯)：

a、选用分步合成法合成：按摩尔比将Ba 0.137g、S 0.032g称量混合，将混合物放入石墨坩埚中，合成中间产物BaS，将得到的BaS中间产物作为原料，按摩尔比BaS 0.169g、Na 0.023g、Sb 0.112g和S 0.064g称量混合，将混合物放入石墨坩埚中；

b、将石墨坩埚放入二氧化硅石英管，选用喷灯和真空分子泵机组进行封管操作，喷灯采用氧气和甲烷气提供助燃，将二氧化硅石英管在真空度为10^-2-10^-4Pa操作环境条件下进行封管；

c、将封好的二氧化硅石英管放在马弗炉里面烧结，加热温度至700℃，恒温60小时，然后降到室温，从炉膛中取出二氧化硅石英管，从石墨坩埚中将晶体分离，即可得到硫锑钠钡BaNaSbS₃光学晶体。

实施例4

第一步:化学方程式：Ba+S→BaS，第二步:化学方程式：BaS+Na+1/2Sb₂S₃+1/2S→BaNaSbS₃制备晶体，所用原料(分析纯)：

a、选用分步合成法合成：按摩尔比将Ba 0.137g、S 0.032g称量混合，将混合物放入石墨坩埚中，合成中间产物BaS，将得到的BaS中间产物作为原料，按摩尔比BaS 0.169g、Na 0.023g、Sb₂S₃ 0.160g和S 0.016g称量混合，将混合物放入石墨坩埚中；

b、将石墨坩埚放入二氧化硅石英管，选用喷灯和真空分子泵机组进行封管操作，喷灯采用氧气和甲烷气提供助燃，将二氧化硅石英管在真空度为10^-2-10^-4Pa操作环境条件下进行封管；

c、将封好的二氧化硅石英管放在马弗炉里面烧结，加热温度至800℃，恒温65小时，然后降到室温，从炉膛中取出二氧化硅石英管，从石墨坩埚中将晶体分离，即可得到硫锑钠钡BaNaSbS₃光学晶体。

实施例5

将实施例1－4所得任意的BaNaSbS₃晶体按附图3所示安置在3的位置上，在室温下，用调Q Nd:YAG激光器作光源，入射波长为1064nm，由调Q Nd:YAG激光器1发出波长为1064nm的红外光束，经聚焦系统2后入射到BaNaSbS₃单晶3，经光栅棱镜4和滤波片5后，输出具有高的透过率的激光，表明该晶体在3-20μm有高的透过率，能够用作光学透镜。