化合物硼酸鈉鋰和硼酸鈉鋰光學晶體及制備方法和用途與流程

本發明涉及化合物硼酸鈉鋰lina4b15o25和硼酸鈉鋰光學晶體，及晶體制備方法和利用該晶體制作的光學器件。

背景技術：

硼酸鹽化合物的多樣性及眾多優異的性質引起了越來越多學者的關注。硼酸鹽多樣的結構為多樣的性質提供了良好的物質基礎，如較大的雙折射率，較大的非線性效應，較高的熒光發光效率和穩定性及其它很多特殊的性質。大量的硼酸鹽被廣泛研究，如cbo、bbo、lbo、kbbf等。雖然這些材料的晶體生長技術已日趨成熟，但仍存在著明顯的不足之處：如生長周期長、易潮解、層狀生長習性嚴重、價格昂貴等。因此，合成新的光學晶體材料仍然是一個非常重要而艱巨的工作。

在發展新型光學晶體時，人們仍然選擇透光范圍寬的硼酸鹽晶體，并且為了進一步的拓寬透光范圍，使其紫外截止邊能達到深紫外，使用沒有d-d電子躍遷的堿金屬與硼酸鹽骨架結合。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種化合物硼酸鈉鋰，該化合物化學式為lina4b15o25，分子量661.05，采用固相反應法合成化合物。

本發明另一目的在于提供一種硼酸鈉鋰光學晶體，屬單斜晶系，空間群c2/c，晶胞參數為z＝4，

本發明再一目的在于提供采用固相反應法合成化合物及高溫熔液法生長硼酸鈉鋰光學晶體的制備方法。

本發明又一目的在于提供硼酸鈉鋰光學晶體的用途。

本發明所述的一種化合物硼酸鈉鋰，該化合物的化學式為lina4b15o25，分子量661.05，采用固相反應法合成化合物。

一種硼酸鈉鋰光學晶體，該晶體的化學式為lina4b15o25，分子量661.05，屬單斜晶系，空間群c2/c，晶胞參數為z＝4，

所述硼酸鈉鋰光學晶體的制備方法，采用固相反應法合成化合物及高溫熔液法生長晶體，具體操作按下列步驟進行：

a、稱取摩爾比的li:na:b為1:4:15的含鋰化合物為li2co3或lino3，含鈉化合物為nano3或na2co3和含硼化合物為h3bo3或b2o放入研缽中，混合并仔細研磨，然后裝入 φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至600-630℃，恒溫48小時，取出經研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產物進行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結構的x射線譜圖是一致的；

b、將步驟a得到的多晶粉末與助熔劑為pbo、lif或naf按摩爾比1:2-10混合均勻，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度10-30℃/h的升溫速率加熱至溫度800-900℃，恒溫24-60小時，得到混合熔液，再以溫度10-20℃/h降至溫度500-450℃；

或將含鋰化合物為li2co3或lino3，含鈉化合物為nano3或na2co3，含硼化合物為h3bo3或b2o按摩爾比4-8:1-2:14-30直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑為pbo、lif或naf按摩爾比1:2-10進行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度3-10℃/h的升溫速率加熱至溫度800-900℃，恒溫24-60小時，得到混合熔液，再以溫度10-20℃/h降溫至500-450℃；

c、制備硼酸鈉鋰籽晶：將步驟b得到的混合熔液以溫度0.5-5℃/h的速率緩慢降至室溫，自發結晶獲得硼酸鈉鋰籽晶；

將步驟c得到的籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先在步驟b中的混合熔液表面預熱籽晶10-20分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫5-15分鐘，以溫度10-30℃/h的速率降至溫度440-410℃；

e、再以溫度0.1-5℃/天的速率緩慢降溫，以0-30rpm轉速旋轉籽晶桿，待單晶生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，并以溫度10-30℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可得到硼酸鈉鋰光學晶體。

所述的硼酸鈉光學晶體在制備光通信元件的用途。

所述光通信元件為渥拉斯頓棱鏡、洛匈棱鏡或光束分離偏振器。

所述的硼酸鈉鋰光學晶體的制備方法，采用固相反應法制備硼酸鈉鋰化合物單相多晶粉末按下述反應式制備：

(1)4na2co3+li2co3+30h3bo3→2lina4b15o25+5co2↑+45h2o↑

(2)4na2co3+1li2co3+15b2o3→2lina4b15o25+5co2↑

(3)8nano3+2lino3+30h3bo3→2lina4b15o25+5n2o5↑+45h2o↑

(4)8nano3+2lino3+14b2o3→2lina4b15o25+5n2o5↑

(5)8na2co3+2lino3+30h3bo3→2lina4b15o25+4co2↑+45h2o↑+n2o5↑

(6)4na2co3+2lino3+15b2o3→2lina4b15o25+4co2↑+n2o5↑

(7)8nano3+li2co3+30h3bo3→2lina4b15o25+co2↑+45h2o↑+4n2o5↑

(8)8nano3+li2co3+15b2o3→2lina4b15o25+co2↑+4n2o5↑

所述的硼酸鈉鋰光學晶體用于制作光通信元件，例如，渥拉斯頓棱鏡、洛匈棱鏡或光束分離偏振器。

附圖說明

圖1為本發明lina4b15o25粉末的x-射線衍射圖；

圖2為本發明硼酸鈉鋰晶體的基本骨架圖；

圖3為楔形雙折射晶體偏振分束器示意圖；

圖4為光隔離器示意圖；

圖5為光束位移器示意圖，其中1為入射光，2為o光，3為e光，4為光軸，5為lina4b15o25晶體，6透光方向，7光軸面。

以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明：

實施例1：

按反應式：4na2co3+li2co3+30h3bo3→2lina4b15o25+5co2↑+45h2o↑合成lina4b15o25化合物：

將na2co3、li2co3、h3bo3按摩爾比4:1:3稱取放入研缽中，混合并仔細研磨，然后裝入φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至600℃，恒溫48小時，取出經研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產物進行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結構得到的x射線譜圖是一致的；

將合成的lina4b15o25單相多晶粉末與助熔劑pbo按摩爾比lina4b15o25:pbo＝1:2進行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度20℃/h的升溫速率加熱至800℃，恒溫30小時，得到混合熔液，再以溫度15℃/h降溫至450℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度1℃/h的速率緩慢降至室溫，自發結晶獲得硼酸鈉鋰籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預熱10分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫10分鐘，以溫度20℃/h的速率降溫至410℃；

再以溫度2℃/天的速率緩慢降溫，以10rpm的轉速旋轉籽晶桿，待單晶生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，并以溫度10℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可得到尺寸12mm×10mm×5mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學晶體。

反應式中的碳酸鈉可以用硝酸鈉替換，碳酸鋰可以用硝酸鋰替換，硼酸可由氧化硼替換。

實施例2：

按反應式：4na2co3+1li2co3+15b2o3→2lina4b15o25+5co2↑合成lina4b15o25化合物：

將na2co3、li2co3、b2o3按摩爾比4:1:15直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑lif按摩爾比1:2進行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度3℃/h的升溫速率升溫至溫度850℃，恒溫48小時，得到混合熔液，再以溫度10℃/h降溫至500℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度3℃/天的速率緩慢降至室溫，自發結晶獲得硼 酸鈉鋰籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預熱10分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫5分鐘，以溫度20℃/h的速率降溫至421℃；

再以溫度1℃/天的速率緩慢降溫，以10rpm的轉速旋轉籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度10℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸7mm×4mm×2mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學晶體。

反應式中的碳酸鈉可以用硝酸鈉替換，碳酸鋰可以用硝酸鋰替換，氧化硼可由硼酸替換。

實施例3：

按反應式：8nano3+2lino3+30h3bo3→2lina4b15o25+5n2o5↑+45h2o↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、lino3、h3bo3按摩爾比8:2:30稱取放入研缽中，混合并仔細研磨，然后裝入φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至620℃，恒溫48小時，取出經研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產物進行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結構得到的x射線譜圖是一致的；

將合成的lina4b15o25單相多晶粉末與助熔劑lif按摩爾比lina4b15o25:lif＝1:10進行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度10℃/h的升溫速率加熱至850℃，恒溫24小時，得到混合熔液，再以溫度10℃/h降溫至480℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將步驟b得到的混合熔液以溫度0.5℃/h的速率緩慢降至室溫，自發結晶獲得lina4b15o25籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預熱20分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫8分鐘，以溫度15℃/h的速率降溫至440℃；

再以溫度0.1℃/天的速率緩慢降溫，以10rpm的轉速旋轉籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度15℃/h的速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為10mm×10mm×3mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學晶體。

反應式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，硝酸鋰可以用碳酸鋰替換，硼酸可由氧化硼替換。

實施例4：

按反應式：8nano3+2lino3+14b2o3→2lina4b15o25+5n2o5↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、lino3、b2o3按摩爾比8:2:14直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑naf按摩爾比1:7進行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度5℃/h的升溫速率升至900℃，恒溫60小時，得到混合熔液，再以溫度15℃/h降溫至470℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度0.5℃/天的速率緩慢降至室溫，自發結晶獲得 硼酸鈉鋰籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預熱18分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫15分鐘，以溫度30℃/h的速率降溫至410℃；

再以溫度0.5℃/天的速率緩慢降溫，不旋轉籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度20℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為11mm×6mm×2mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學晶體。

反應式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，硝酸鋰可以用碳酸鋰替換，氧化硼可由硼酸替換。

實施例5：

按反應式：8nano3+2lino3+30h3bo3→2lina4b15o25+5n2o5↑+45h2o↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、lino3、h3bo3按摩爾比8:2:30直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑pb按摩爾比1:5進行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度10℃/h的升溫速率升溫至溫度850℃，恒溫32小時，得到混合熔液，再以溫度15℃/h降溫至490℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將步驟b得到的混合熔液以溫度5℃/天的速率緩慢降至室溫，自發結晶獲得硼酸鈉鋰籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預熱20分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫15分鐘，以溫度25℃/h的速率降至溫度420℃；

再以溫度4℃/天的速率緩慢降溫，以5rpm的轉速旋轉籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度25℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為6mm×4mm×3mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學晶體。

反應式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，硝酸鋰可以用碳酸鋰替換，氧化硼可由硼酸替換。

實施例6：

按反應式：4na2co3+2lino3+15b2o3→2lina4b15o25+4co2↑+n2o5↑合成lina4b15o25化合物：

將na2co3、lino3、b2o3按摩爾比4:2:15稱取放入研缽中，混合并仔細研磨然后裝入φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至630℃，恒溫48小時，取出經研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產物進行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結構得到的x射線譜圖是一致的；

將合成的lina4b15o25單相多晶粉末與助熔劑lif按摩爾比lina4b15o25:lif＝1:10進行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度30℃/h的升溫速率加熱至870℃，恒溫48小時，得到混合熔液，再以溫度20℃/h的降溫速率降溫至465℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：以溫度4℃/h的速率緩慢降至室溫，自發結晶獲得lina4b15o25籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預熱10分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫10分鐘，以溫度15℃/h的速率降溫至433℃；

再以溫度3℃/天的速率緩慢降溫，以30rpm的轉速旋轉籽晶桿，待晶體生長結束后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度10℃/h的速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為7mm×6mm×1.5mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學晶體。

反應式中的碳酸鈉可以用硝酸鈉替換，硝酸鋰可以用碳酸鋰替換,硼酸可由氧化硼替換。

實施例7：

按反應式：8nano3+li2co3+30h3bo3→2lina4b15o25+co2↑+45h2o↑+4n2o5↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、li2co3、h3bo3按摩爾比8:1:30直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑pbo，按摩爾比＝1:10進行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度10℃/h的升溫速率加熱至860℃，恒溫24小時，得到混合熔液，再以溫度20℃/h降溫至450℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度3℃/h的速率緩慢降至室溫，自發結晶獲得lina4b15o25籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預熱15分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫15分鐘，以溫度10℃/h的速率降溫至440℃；

再以溫度5℃/天的速率緩慢降溫，以15rpm的轉速旋轉籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度10℃/h的速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為12mm×8mm×3mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學晶體。

反應式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，碳酸鋰可以用硝酸鋰替換,硼酸可由氧化硼替換。

實施例8：

按反應式：8nano3+li2co3+15b2o3→2lina4b15o25+co2↑+4n2o5↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、li2co3、b2o3按摩爾比8:1:15稱取放入研缽中，混合并仔細研磨然后裝入φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至610℃，恒溫48小時，取出經研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產物進行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結構得到的x射線譜圖是一致的；

將合成的lina4b15o25單相多晶粉末與助熔劑lif按摩爾比lina4b15o25:naf＝1:10進行 混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度25℃/h的升溫速率加熱至900℃，恒溫60小時，得到混合熔液，再以溫度20℃/h的降溫速率降至溫度450℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度2.5℃/h的速率降至室溫，自發結晶獲得lina4b15o25籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預熱10分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進行回熔，恒溫10分鐘，以溫度15℃/h的速率降溫至415℃；

再以溫度5℃/天的速率緩慢降溫，以20rpm的轉速旋轉籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度10℃/h的速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為6mm×4mm×1mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學晶體。

反應式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，碳酸鋰可以用硝酸鋰替換,氧化硼可由硼酸替換。

實施例9：

將實施例1－8任意所得的lina4b15o25晶體，用于制備光束位移器(如圖4所示)，光束位移器，加工一個雙折射晶體，令其光軸面與棱成一角度θ，如圖4a所示；當自然光垂直入射后，可以分成兩束振動方向互相垂直的線偏振光，如圖4b所示，分別是o光和e光。雙折率越大，兩束光可以分開的越遠，便于光束的分離。