专利名称：一种非线性光学晶体四水合五硼酸铝钾及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非线性光学材料四水合五硼酸铝钾(化学式
k2ai[b5o1q:hh2o)的制备和应用。
背景技术：
非线性光学(Nonlinear Optics, NLO)是现代光学的一个新领域，是研究在强 光作用下物质的响应与场强呈现的非线性关系的科学。在众多的非线性光学效 应中，倍频效应(SHG)是最引人注目也是研究得最多的非线性效应。具有非线性 效应的光学材料在现代科学技术中，特别是若干民用和军事高科技领域中，例 如光电通讯、光信息存储、集成电路、光开关、光限制器、彩色激光打印、激 光致盲武器、海洋鱼群探测等，都有一系列重要应用。
研究表明硼酸盐化合物相比其它类型的化合物更易形成非中心对称的结 构，而非心的结构是产生非线性光学效应的前提条件。因此，长期以来，非线 性光学的硼酸盐晶体一直是人们的研究热点。目前已实际应用的非线性光学硼 酸盐晶体包括LiB30s(LBO)， |3-BaB204 (BBO) ， BiB306 (BIBO)等。虽然这些 非线性光学材料已广泛应用于各行各业中，然而，不同的领域对非线性光学材 料的要求也不同，因此不可能有单一非线性光学材料可以最优化应用于所有的 领域。这就对非线性光学材料的多样性提出了要求，以便在特定的领域可以最 优化的选择特定的非线性光学材料。所以有必要继续寻找和发展新的非线性光 学材料。我们通过采用A104四面体基团与非心的聚硼阴离子簇协同组装成非心 结构的策略，从而得到了性能优越的新型非线性光学材料。
发明内容
本发明的目的在于制备一种非线性光学晶体四水合五硼酸铝钾。
我们选择异丙醇铝(Al(/-PrO)3)，四水四硼酸钾(K2B4(V4H20)，作原料， 其摩尔比为l: 2，采用水和吡啶或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作混合溶剂，利用 异丙醇铝水解成的A104四面体基团与聚硼酸盐非心阴离子簇协同组装，并以钾 离子作抗衡离子，在水(剂)热条件下得到四水合五硼酸铝钾的晶体材料。
我们测得该化合物的单晶结构，其结构参数如下
化学式为K2A1[B501Q]'4H20，分子量为391.29，属正交晶系，空间群C222,， 单胞参数为a = 9.340(3)， Z> = 10.308(3)， c = 13.777(5) A， a = = y = 90 °, V = 1326.4(8) A3，Z = 4。
四水合五硼酸铝钾的结构是由A104四面体与B50u)簇通过共顶点交替相连 成三维空旷骨架结构。在该结构的[100]、
和
方向有8元环螺旋孔道， 在[110]和[-110]方向有11元环孔道，钾离子和游离的水分子填充在11元环孔道 内。
非线性光学测量表明，四水合五硼酸铝钾具有优良的非线性光学性能，在 106 4nm激光照射下输出很强的532 nm绿光，其粉末SHG系数为KDP的2倍， 与LBO相当。
本发明提供的四水合五硼酸铝钾是在水(剂)热合成方法生长出的晶体。本发 明所采用的材料制备方法具有工艺简单、产率高及重复性好等优点。该材料的 优点是不易溶于一般的溶剂、光吸收低、透光范围大
该发明所制备的非线性光学材料可应用在激光频率转换、电光调制、光折 变信息处理等高科技领域。
具体实施例方式
1、 化合物的制备
实例l:把Al(Z-PrO)3 (204mg)与K2B407'4H20 (611mg)的混合物加入到 装有1.0 mL水(H20)和3.0 mL吡啶(pyridine)混合溶液的聚四氟乙烯反应釜中， 用磁力搅拌器搅拌。待反应物完全溶解后，停止搅拌，使反应釜中Al(/-PrO)3/ K2B4(V4H20/pyridine/H20的摩尔比为1/2/37/56，然后把聚四氟乙烯反应釜装入 不锈钢高压反应器中密封，在170 °C下反应7天得到无色透明的棱柱状晶体。
实例2:把A10'-PrO)3 (204 mg)与K2B407'4H20 (611mg)的混合物加入到 装有1.0 mL水(压0)和5.0 mL 二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液的聚四氟乙烯反应 釜中，用磁力搅拌器搅拌。待反应物完全溶解后，停止搅拌，使反应釜中Al(/-PrO)3 /K2B4(V4H20/DMF/H20的摩尔比为1/2/65/56，然后把聚四氟乙烯反应釜装入不 锈钢高压反应器中密封，在170 °C下反应7天得到无色透明的棱柱状晶体。
2、 性能测试
我们对得到的四水合五硼酸铝钾进行光学性能测试，其二阶非线性光学效 应约为KDP的2倍。
权利要求
1.一种非线性光学晶体四水合五硼酸铝钾，其特征在于其化学式为K2Al[B5O10]·4H2O，分子量为391.29，属正交晶系，空间群C2221(No.20)，单胞参数为a＝9.340(3)，b＝10.308(3)，c＝13.777(5) id="icf0001" file="A2008100713310002C1.tif" wi="5" he="4" top= "48" left = "138" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>α＝β＝γ＝90°，V＝1326.4(8) id="icf0002" file="A2008100713310002C2.tif" wi="6" he="5" top= "58" left = "45" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>Z＝4。
2. —种权利要求l的四水合五硼酸铝钾的制备方法，其特征在于采用水(剂) 热法制备。
3. 如权利要求2所述的四水合五硼酸铝钾的制备方法，其特征在于所述的水 热法包括如下步骤反应物Al(/-PrO)3， K2B4(V4H20，的摩尔比为1: 2，采 用水和吡啶或N，N-二甲基甲酰胺作混合溶剂，反应温度为170。C，反应时间 为7天。
4. 一种权利要求l的四水合五硼酸铝钾的用途，其特征在于该晶体用于激光 投影电视、光计算、光纤通讯、光信息存储、集成电路、光开关、光限制器、 彩色激光打印、激光致盲武器、海洋鱼群探测、潜艇深水通讯、光电通讯、 光盘记录。
全文摘要
本发明涉及一种非线性光学晶体四水合五硼酸铝钾及其制备方法和用途。其化学式为K<sub>2</sub>Al[B<sub>5</sub>O<sub>10</sub>]·4H<sub>2</sub>O，分子量为391.29，属正交晶系，空间群C222<sub>1</sub>，单胞参数为a＝9.340(3)，b＝10.308(3)，c＝13.777(5)，α＝β＝γ＝90°，V＝1326.4(8)<sup>3</sup>，Z＝4。采用水(剂)热法制备。四水合五硼酸铝钾具有优良的非线性光学性能，其粉末SHG系数为KDP的2倍，与LBO相当。
文档编号C30B29/10GK101619489SQ20081007133
公开日2010年1月6日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者杨国昱, 成 荣 申请人:中国科学院福建物质结构研究所