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碱金属/碱土金属复合硼酸盐的合成、结构及光学性质研究

2020-12-09阅读(268)

碱金属/碱土金属复合硼酸盐的合成、结构及光学性质研究

论文摘要

光电功能晶体材料在光谱仪、微电子、信息通讯等方面有着极为广阔的应用,成为材料科学与工程领域研究的热点。本论文以设计和合成新型紫外/深紫外光学晶体材料为目标,采用水热法,高温熔液法,合成了一系列化合物。主要的设计策略为:（1）根据阳离子数目效应,设计合成两个具有孤立BO3基团的化合物;（2）在碱金属/碱土金属硼酸盐体系,通过引入CO3阴离子基团,获得了含有复合阴离子基团的硼碳酸盐。（3）具有d10电子构型的Zn2+和Cd2+阳离子,通常形成四面体,产生大的畸变,有利于增强非线性光学材料的倍频系数。因此合成了两个含有Zn和Cd四面体碘化物的非线性光学材料。主要的内容如下:1.两种具有孤立BO3的铅镉硼酸盐:Pb6.33Sr1.67Cd（BO3）6,Pb1.22Sr2.78Cd8（BO3）8根据阳离子数目效应,在PbO-SrCO3-CdO-B2O3体系中通过高温熔液法成功合成出了两个具有孤立BO3构型的硼酸盐,但是它们晶体结构却完全不同,化合物Pb6.33Sr1.67Cd（BO3）6里,Pb6O6环和Sr/PbO9多面体共边连接形成二维的[Pb6Sr/Pb2O12]8-平面,化合物Pb1.22Sr2.78Cd8（BO3）8里,Sr/PbO8多面体通过相互连接形成一维的[Sr/Pb2O14]24-链。Pb6.33Sr1.67Cd（BO3）6和Pb1.22Sr2.78Cd8（BO3）8通过计算显示与硼酸盐相比具有比较大的双折射率,在1064 nm处的双折射率分别是0.101和0.093。2.四种复合阴离子基团化合物的合成及表征:Ba4M（CO3）2（BO3）2（M=Ba和Sr）和K9[B4O5（OH）4]3（CO3）X·7H2O（X=Cl和Br）由于CO3与BO3基团具体相似的平面构型,有利于产生较大的双折射率和倍频系数。通过高温熔液法在开放体系中获得了两个含有孤立BO3和CO3基团的硼碳酸盐,Ba4M（CO3）2（BO3）2（M=Ba和Sr）。通过水热法获得了两个含有卤素的硼碳酸盐,K9[B4O5（OH）4]3（CO3）X·7H2O（X=Cl和Br）。Ba4M（CO3）2（BO3）2（M=Ba和Sr）具有短的紫外截止边（<190 nm）,宽的透过范围。通过热重-差热测试表明,Ba5（CO3）2（BO3）2具有良好的热稳定性。K9[B4O5（OH）4]3（CO3）X·7H2O（X=Cl和Br）结晶在非中心对称的P6?2c空间群,具有短的紫外截止边,漫反射测试显示K9[B4O5（OH）4]3（CO3）X·7H2O（X=Cl和Br）在目前报道的硼碳酸盐中具有最大的带隙。阴离子是由孤立的B4O9多面体和CO3三角形组成,在硼碳酸盐体系中是极少见的。3.含有Zn和Cd四面体碘化物的合成通过水热法获得了两个含有Zn和Cd四面体的碘化物,KZnI3.2H2O和KCdI3.H2O。KCdI3.H2O通过倍频测试具有大的倍频系数,计算的倍频系数d15=5.49 pm/V,d24=-5.38 pm/V,d33=-0.26 pm/V。KZnI3.2H2O只有一个倍频系数d14=0.35 pm/V。计算显示了KZnI3.2H2O在1064 nm处具有大的双折射率（0.11）,因此是个潜在的双折射材料。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 碱金属/碱土金属硼酸盐的研究现状
  •   1.3 卤化物的研究现状
  •   1.4 晶体常见的生长方法
  •     1.4.1 低温溶液法
  •     1.4.2 水热法
  •     1.4.3 高温熔液法
  •     1.4.4 熔体法
  •   1.5 性能表征
  •     1.5.1 单晶结构测试
  •     1.5.2 多晶粉末物相确定
  •     1.5.3 紫外-可见-近红外漫反射光谱测试
  •     1.5.4 红外光谱测试
  •     1.5.5 热性能测试
  •     1.5.6 理论计算
  •   1.6 本论文研究内容和创新点
  •     1.6.1 本论文研究内容
  •     1.6.2 本论文的创新点
  • 3构型晶体的设计、合成及性能表征'>第二章 基于孤立BO3构型晶体的设计、合成及性能表征
  • 3构型的合成及性能研究'>  2.1 具有孤立BO3构型的合成及性能研究
  •   2.2 晶体生长
  •   2.3 晶体结构的确定
  •   2.4 单晶结构的描述
  •   2.5 两个化合物的晶体结构对比
  •   2.6 热学性质的研究
  •   2.7 光谱性质分析
  •   2.8 理论计算
  •   2.9 小结
  • 第三章 复合阴离子化合物的合成及性能研究
  •   3.1 碱土金属硼碳酸盐的合成及性能研究
  •     3.1.1 晶体的合成
  •     3.1.2 晶体结构的确定
  •     3.1.3 晶体结构
  •     3.1.4 其它硼碳酸盐化合物以及结构对比
  •     3.1.5 化合物的熔融行为确定
  •     3.1.6 光谱测试
  •     3.1.7 理论计算
  •     3.1.8 小结
  •   3.2 卤素硼碳酸盐的合成及性能研究
  •     3.2.1 卤素硼碳酸盐的设计
  •     3.2.2 晶体的合成
  •     3.2.3 晶体结构的确定
  •     3.2.4 晶体结构
  •     3.2.5 主族卤素硼酸盐以及结构对比
  •     3.2.6 热性能分析
  •     3.2.7 红外光谱的分析
  •     3.2.8 漫反射光谱的分析
  •     3.2.9 理论计算
  •     3.2.10 小结
  • 第四章 基于Zn和 Cd原子四面体碘化物的研究
  •   4.1 碘化物的设计以及合成
  •   4.2 晶体结构的确定
  •   4.3 晶体结构
  •   4.4 热学性质的研究
  •   4.5 光谱的测试
  •   4.6 理论计算
  •   4.7 小结
  • 第五章 总结和展望
  •   5.1 总结
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士研究生期间发表的论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张雪艳

    导师: 杨志华

    关键词: 截止边,紫外,孤立,双折射,硼碳酸盐

    来源: 新疆大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 物理学,化学,材料科学

    单位: 新疆大学

    分类号: TB33;O734

    总页数: 93

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