一种具有开罗五边形2D层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑及其制备方法和应用与流程

一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及光学晶体技术领域，尤其涉及一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑及其制备方法和应用。


背景技术：

2.光学晶体材料被誉为光电产业的“芯片”，在许多新发展的科技应用中发挥着独特而关键的作用，如激光技术。特别是二次谐波(shg)晶体和双折射晶体是固态激光器的两个关键部件。前者可以大大扩展相干光的可调波长范围，后者可以调制偏振光。然而由于它们对微观结构的要求不同，很难将强倍频效应和大双折射整合到一个晶体中。
3.kbe2bo3f2(简称kbbf)，是目前唯一在深紫外区域可以使用的非线性光学晶体，它具有适中的非线性光学系数、宽的透明区间，合适的双折射率，由于其优异的光学性能，受到研究者的广大关注。kbbf制备过程中，原料氧化铍beo剧毒，对身体以及对环境都有危害，并且该化合物具有强的层状习性，导致无法长大单晶，影响使用。
4.srb4o7是一种著名的商业应用非线性光学晶体，它具有强的倍频效应，是个优异的光学晶体。但其双折射率过小(0.003@1064nm)，在可见光区域无法通过倍频产生蓝光，其相位匹配截止波长过高，限制了它的实际应用。
5.因此，迫切需要制定有效的策略来探索兼具强倍频响应和大双折射的优良光学材料。


技术实现要素：

6.针对背景技术中存在的问题，提出一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑及其制备方法和应用。采用便宜的制备原料，原料对环境友好，采用无水固相反应，成功解决sb
3
的水解问题，易于制备。化合物具有开罗五边形铺开的二维层状结构，这样的结构是最有利于功能基团铺开，各向异性以及极性最大程度的叠加，使得化合物具有优异的光学性能。
7.本发明提出一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑，化学式为rb2sbfp2o
7，
该晶体具有不对称空间群，属于四方晶系，空间群为p4bm，晶胞参数为α＝β＝γ＝90
°
，z＝2，单胞体积为
8.本发明提供一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑的制备方法，步骤如下：
9.s1、将rb2co3化合物原料和85％h3po4，按比例在室温条件下于烧杯中混合，加入适量去离子水，搅拌均匀，使其充分反应；然后采用蒸馏法除去过量的水，烧杯底部析出白色粉末，xrd测试粉末为纯相rbh2po4粉末；
10.s2、将s1中制好的rb2co3和sbf3原料按比例在玛瑙研钵中研磨至混合均匀；随后将混合均匀的反应物装入23ml聚四氟乙烯内衬中，随后套入不锈钢外壳后拧紧，将其置于220
℃的恒温干燥箱中恒温4天；该步骤采用高温固相法，一方面有利于po4基团的聚合，另一方面无水体系可以避免sb
3
的水解，保留sb
3
的孤对电子，有利于化合物具有强的倍频效应以及大的双折射率；
11.s3、从干燥箱中取出反应容器，放置在空气中降温降压，冷却至室温后打开聚四氟乙烯反应内衬，得到毫米级1mm
×
1mm
×
1mm的无色透明晶体，用蒸馏水对其冲洗，其分子式为rb2sbfp2o7，经xrd测试为纯相。该反应基于sb
3
，产率是63％，具有高的产率，且反应重现性好。
12.优选的，s1中，rb2co3和85％h3po4的混合比例为1：2。
13.优选的，s2中，rb2co3和sbf3原料的混合比例为2：1。
14.本发明提供一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑应用，用于激光器激光输出的频率变换和调制偏振光。
15.与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：
16.一、制备原料价格便宜，原料对环境友好，采用无水固相反应，成功解决sb
3
的水解问题，易于制备。
17.二、化合物具有开罗五边形铺开的二维层状结构，这样的结构是最有利于功能基团铺开，各向异性以及极性最大程度的叠加，使得化合物具有优异的光学性能；
18.三、具有低的紫外吸收边(260nm)，宽的透明范围，透明区间为0.26μm-15μm，是个优异的近紫外双功能光学晶体；
19.四、具有较大的倍频效应(shg)，kurtz粉末倍频测试结果显示本发明具有相同粒径下kdp晶体的4倍。同时该化合物具有大的双折射率，测试显示本发明在546nm具有0.15的双折射率，保证其在低的截止边区域满足相位匹配的条件；
20.五、本发明晶体无色透明，对空气稳定，化学稳定性好。
附图说明
21.图1为rb2sbfp2o7单晶研磨成粉末后的衍射图以及晶体在水中浸泡120h之后研磨成粉末后的衍射图与计算机拟合的衍射图对比；
22.图2为rb2sbfp2o7单晶在紫外-可见光波段吸收谱图；
23.图3为rb2sbfp2o7单晶的双折射率测试图；
24.图4为rb2sbfp2o7单晶倍频效应测试谱图；
25.图5为rb2sbfp2o7晶体单胞结构示意图。
具体实施方式
26.实施例一
27.如图5所示，本发明提出的一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑，化学式为rb2sbfp2o
7，
该晶体具有不对称空间群，属于四方晶系，空间群为p4bm，晶胞参数为α＝β＝γ＝90
°
，z＝2，单胞体积为
28.实施例二
29.一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑的制备方法，步骤如下：
30.s1、将rb2co3化合物原料和85％h3po4，按比例在室温条件下于烧杯中混合，加入适量去离子水，搅拌均匀，使其充分反应；然后采用蒸馏法除去过量的水，烧杯底部析出白色粉末，xrd测试粉末为纯相rbh2po4粉末；反应方程式如下：
31.rb2co3 2h3po4→
2rbh2po4 co2 h2o
32.s2、将s1中制好的rb2co3和sbf3原料按比例在玛瑙研钵中研磨至混合均匀；随后将混合均匀的反应物装入23ml聚四氟乙烯内衬中，随后套入不锈钢外壳后拧紧，将其置于220℃的恒温干燥箱中恒温4天；该步骤采用高温固相法，一方面有利于po4基团的聚合，另一方面无水体系可以避免sb
3
的水解，保留sb
3
的孤对电子，有利于化合物具有强的倍频效应以及大的双折射率；反应方程式如下：
33.2rbh2po4 sbf3→
rb2sbfp2o7 2hf h2o
34.s3、从干燥箱中取出反应容器，放置在空气中降温降压，冷却至室温后打开聚四氟乙烯反应内衬，得到毫米级1mm
×
1mm
×
1mm的无色透明晶体，用蒸馏水对其冲洗，其分子式为rb2sbfp2o7，经xrd测试为纯相。该反应基于sb
3
，产率是63％，具有高的产率，且反应重现性好。
35.进一步的实施例中，s1中，rb2co3和85％h3po4的混合比例为1：2。
36.进一步的实施例中，s2中，rb2co3和sbf3原料的混合比例为2：1
37.实施例三
38.一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑粉末的制备方法，步骤如下：
39.s1、将rb2co3化合物原料和85％h3po4，按比例在室温条件下于烧杯中混合，加入适量去离子水，搅拌均匀，使其充分反应；然后采用蒸馏法除去过量的水，烧杯底部析出白色粉末，xrd测试粉末为纯相rbh2po4粉末；
40.s2、将s1中制好的rb2co3和sbf3原料按比例在玛瑙研钵中研磨至混合均匀；随后将混合均匀的反应物装入23ml聚四氟乙烯内衬中，随后套入不锈钢外壳后拧紧，将其置于250℃的恒温烘箱中煅烧24h；
41.s3、从烘箱中取出反应容器，放置在空气中降温降压，冷却至室温后打开聚四氟乙烯反应内衬，得到rb2sbfp2o7纯相多晶粉末。
42.进一步的实施例中，s1中，rb2co3和85％h3po4的混合比例为1：2。
43.进一步的实施例中，s2中，rb2co3和sbf3原料的混合比例为2：1。
44.实施例四
45.一种具有开罗五边形2d层状结构的双功能光学晶体焦磷酸铷锑应用，用于激光器激光输出的频率变换和调制偏振光。
46.如图1-4所示，本发明通过廉价原料，采用高温固相法合成一种化学式为rb2sbfp2o7的化合物。该化合物具有优异的开罗五边形铺开的独特2d层状结构。这样的结构排列，使得功能基团sbo4f基团达到最优的排列，各向异性和极性都得到了最大程度的叠加，经过实验测试，显示该化合物具有较大的倍频效应：4倍的kdp(kh2po4)，具有低的紫外吸收边(260nm)，宽的透明范围，透明区间为0.26μm-15μm，同时该化合物具有大的双折射率，
测试显示本发明在546nm具有0.15的双折射率，这样的双折射率比其他大部分磷酸盐都要大很多，这也保证了其在低的截止边区域满足相位匹配的条件。另外，rb2sbfp2o7单晶无色透明，对空气稳定，不潮解，化学稳定性好。这些都证明rb2sbfp2o7是一个优异的近紫外双功能光学晶体，它将在近紫外光学领域中获得应用。
47.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。