專利名稱：Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法。
背景技術：
目前最適合于制作成大容量的三維體全息存儲器的光折變材料是鈮酸鋰 (LiNbO3, LN)晶體，它是目前用途最為廣泛的人工晶體材料之一，其具有優良的壓電、熱電、 電光、聲光和非線性光學等性能，在全息光存儲、光波導放大器、集成光學等應用領域有著 重要的地位。由于鈮酸鋰晶體本身有相對較高的本征缺陷濃度，使其幾乎可以摻入任意的 金屬離子，這就使得對鈮酸鋰晶體的摻雜改性成為了熱點問題。在鈮酸鋰晶體中摻入抗光 損傷離子可以增強其抗光損傷性能，進而提高信噪比，同時可以縮短響應時間。在鈮酸鋰晶 體中摻入兩種不同的光折變敏感離子，可在晶體中產生深淺能級，實現非揮發存儲。其中 Fe,Ru雙摻的鈮酸鋰晶體是最近研究的熱點。然而雙摻Fe、Ru的鈮酸鋰晶體存在明顯的缺 點即存儲過程中響應速度過慢(Fe、Ru雙摻的鈮酸鋰晶體光折變靈敏度為0. 102 cm/J,響 應時間為450秒)，這在很大程度上限制了其實際應用。
發明內容
本發明的目的是為了解決雙摻Fe、Ru的鈮酸鋰晶體響應速度慢的問題，提供了一 種Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法。本發明Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如下一、按照&02摻雜量為 2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質量)及Li元素與Nb元素 摩爾比為0. 946 1. 400 1的比例稱取Zr02、Ru02、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3，然后混合，得至Ij ZrO2, RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的混合物；二、將步驟一的混合物烘干后放入鉬坩堝，然后 在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻 雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉速度為0. 5 1. 8 mm/h、軸向溫 度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為15 25r/min的條件下提拉，即得Zr、Ru、Fe三摻雜 的鈮酸鋰晶體；步驟一中所述的純度為99. 99% ；步驟一中所述Fe2O3的純度為99. 99% ； 步驟一中所述RuO2的純度為99. 99% ；步驟一中所述Nb2O5的純度為99. 99% ；步驟一中所述 Li2CO3 的純度為 99. 99%ο本發明制備的Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的響應時間能達到48秒，僅為雙摻 Ru,Fe鈮酸鋰晶體的九分之一(450秒)，光折變靈敏度可以達到1. 058 cm/J,比雙摻Ru、Fe 鈮酸鋰晶體提高了 10倍(0. 102 cm/J)。
圖1是具體實施方式
二十所得Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體衍射效率隨寫入時 間變化曲線；圖2是Fe = LiNbO3鈮酸鋰晶體衍射效率隨時間變化曲線。
具體實施例方式本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如下 一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為0. 946 1. 400 1的比例稱取ZrO2, RuO2, Fe203、Nb2O5 和Li2CO3，然后混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的混合物；二、將步驟一的混合 物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜鈮酸鋰 的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉速度為 0. 5 1. 8 mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為15 25r/min的條件下提拉， 即得Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。將本實施方式制備的Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體在1200 V、電流密度5 mA/ cm2的條件下極化，然后按照20 mmXIO mmX2 mm (ZXXXY)的尺寸切成晶片，并進行高精 度的光學級拋光，再以波長為477nm的Kr+激光器作為相干光源，輸出功率為2. 5mW，光束直 徑大小為2mm，夾角為34度，偏振方向為水平偏振。使用二波耦合方法測試了該系列晶體的 光折變性能。本實施方式制備的Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的響應時間達到48秒，僅為雙 摻Ru、Fe鈮酸鋰晶體的九分之一(450秒)，光折變靈敏度可以達到1. 058 cm/J,比雙摻Ru、 Fe鈮酸鋰晶體提高了 10倍(0. 102 cm/J)。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述&02的純度為 99.99%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述Fe2O3的 純度為99. 99%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述RuO2的純 度為99. 99%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述Nb2O5的 純度為99. 99%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述Li2CO3的 純度為99. 99%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟一中Li 元素與Nb元素摩爾比為1 : 1。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七不同的是步驟一中所述提拉速度 為1 mm/h。其它與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
七不同的是步驟一中所述提拉速度 為0. 8 1. 5 mm/h。其它與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是步驟三中所述 旋轉速度為20r/min。其它與具體實施方式
一至九之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質
4量)及Li元素與Nb元素摩爾比為0. 946 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3, 然后混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一 的混合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜 鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉 速度為1. 8 mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為15r/min的條件下提拉，即得 Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
十二 本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為1. 400 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3, 然后混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一 的混合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜 鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉 速度為0. 5 mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為25r/min的條件下提拉，即得 Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
十三本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為0. 950 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3, 然后混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一 的混合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜 鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉 速度為1. 6mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為16r/min的條件下提拉，即得 Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
十四本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為0. 960 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3, 然后混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一 的混合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜 鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉 速度為1. 4 mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為17r/min的條件下提拉，即得 Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
十五本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為0. 970 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3, 然后混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一 的混合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜 鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉 速度為1. 3mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為18r/min的條件下提拉，即得 Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
十六本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如
5下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為0. 980 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3, 然后混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一 的混合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜 鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉 速度為1. 2mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為19r/min的條件下提拉，即得 Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
十七本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為0. 990 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3, 然后混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一 的混合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜 鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉 速度為1. 1 mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為20r/min的條件下提拉，即得 Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
十八本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為1 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3,然后 混合，得到&02、RuO2, Fe203> Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一的混 合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜鈮酸 鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉速度 為1. 0 mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為21r/min的條件下提拉，即得Zr、 Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
十九本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為1. 1 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3,然 后混合，得到&02、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一的混 合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜鈮酸 鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉速度 為0. 8 mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為22r/min的條件下提拉，即得Zr、 Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
具體實施方式
二十本實施方式中Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如 下一、按照&02摻雜量為2% (摩爾)、RuO2摻雜量為0. 1% (質量)，Fe2O3摻雜量為0. 1% (質 量)及Li元素與Nb元素摩爾比為1.2 1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3,然 后混合，得到&02、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3的總重量為250g的混合物；二、將步驟一的混 合物烘干后放入鉬坩堝，然后在750°C煅燒3小時，再在1150°C燒結4小時，得到摻雜鈮酸 鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉬坩堝放入中頻爐內，然后在提拉速度 為0. 7 mm/h、軸向溫度梯度為40 50°C /cm、旋轉速度為24r/min的條件下提拉，即得Zr、 Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
本實施方式制備的Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的響應時間最短為48秒，僅為 雙摻Ru、Fe鈮酸鋰晶體的九分之一(450秒)，光折變靈敏度為1. 058 cm/J,比雙摻Ru、Fe鈮 酸鋰晶體提高了 10倍(0. 102 cm/J)。
權利要求
Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法如下一、按照ZrO2摻雜量為2%(摩爾)、RuO2摻雜量為0.1%(質量)，Fe2O3摻雜量為0.1%(質量)及Li元素與Nb元素摩爾比為0.946～1.400﹕1的比例稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3，然后混合，得到ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3的混合物；二、將步驟一的混合物烘干后放入鉑坩堝，然后在750℃煅燒3小時，再在1150℃燒結4小時，得到摻雜鈮酸鋰的多晶原料；三、將裝有摻雜鈮酸鋰的多晶原料的鉑坩堝放入中頻爐內，然后在提拉速度為0.5～1.8 mm/h、軸向溫度梯度為40～50℃/cm、旋轉速度為15～25r/min的條件下提拉，即得Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。
2.根據權利要求1所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟 一中所述&02的純度為99. 99%。
3.根據權利要求1所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟 一中所述Fe2O3的純度為99. 99%。
4.根據權利要求1所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟 一中所述RuO2的純度為99. 99%。
5.根據權利要求1所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟 一中所述Nb2O5的純度為99. 99%。
6.根據權利要求1所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟 一中所述Li2CO3的純度為99. 99%。
7.根據權利要求1、2、3、4、5或6所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其 特征在于步驟一中Li元素與Nb元素摩爾比為1 : 1。
8.根據權利要求7所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟 一中所述提拉速度為0. 8 1. 5 mm/h。
9.根據權利要求7所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟 一中所述提拉速度為1 mm/h。
10.根據權利要求1、2、3、4、5、6、8或9所述Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方 法，其特征在于步驟三中所述旋轉速度為20r/min。
全文摘要
Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法，它涉及一種三摻雜的鈮酸鋰晶體的制備方法。本發明解決了雙摻Fe、Ru的鈮酸鋰晶體響應速度慢的問題。本方法如下稱取ZrO2、RuO2、Fe2O3、Nb2O5和Li2CO3，然后混合，得到混合物；將混合物烘干后放入鉑坩堝，然后在750℃煅燒3小時，再在1150℃燒結4小時，再將鉑坩堝放入中頻爐內，然后在提拉速度為0.5～1.8mm/h、軸向溫度梯度為40～50℃/cm、旋轉速度為15～25r/min的條件下提拉，即得Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體。本發明制備的Zr、Ru、Fe三摻雜的鈮酸鋰晶體的響應時間能達到48秒，光折變靈敏度可以達到1.058cm/J。
文檔編號C30B15/00GK101892523SQ20101023489
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者冷雪松, 孫亮, 孫婷, 徐玉恒, 徐超, 楊春暉, 許磊 申請人:哈爾濱工業大學