[发明专利]一维非线形光学材料纤维状KNbO3晶体的制备

说明书

技术领域

本发明涉及一维非线形光学材料纤维状KNbO₃晶体的制备，可用于光波导、倍频、全息存储和表面声波设备等领域，属于纳米功能材料领域。

背景技术

KNbO₃晶体是一种铁电性很强的钙钛矿型铁电体，它具有高的电光系数和非线性光学系数，能对近红外半导体激光进行倍频获得蓝光输出，主要用于激光倍频、电光调制和光折变材料，是人们非常感兴趣的一种非线性光学材料。KNbO₃晶体除了具有较好的非线性光学品质因数、电光品质因数、光折变品质因数以及压电性能外，还具有不潮解、耐一般酸碱，化学稳定性好的特点，而且晶体生长的速度较快，比较容易长出较大尺寸的晶体。因此，KNbO₃晶体作为一种多功能材料，可用于制作压电换能器、电光调制器、电光偏转器等，也可用于Nd:YAG及Ti:Al₂O₃激光器和半导体激光器的倍频，特别是对于波长为0.860μm的砷铝镓激光器，在室温下可实现90°的非临界相位匹配。如果KNbO₃晶体能制备出一维的结构则既可以既是光源，同时又可以做为探针，在微纳米光学器件中具有重要的应用。

虽然KNbO₃晶体生长速度较快，比较容易长出较大尺寸的晶体，但晶体的形貌受制备方法，原料配比，反应条件的影响非常大，很难制备出高质量的KNbO₃晶体，特别是一维KNbO₃晶体。

制备纳米KNbO₃晶体的方法有溶胶-凝胶法、固相烧结法、离子交换法、均匀沉淀法、高温熔盐法、水热法等。水热法是一种温度较低，产物的组成比、形态和尺寸能得到较好控制的一种方法，近年来在纳米材料、特别是高性能电子陶瓷粉体的合成和制备方面得到了广泛的应用。虽然国内外有近十个课题组采用水热法制备铌酸钾晶体，铌酸钾晶体的应用前景也非常的好，但能制备出一维KNbO₃晶体还是非常困难的。清华大学的Jun-Feng Liu采用低温水热法分别制备了纤维束状的KNb₃O₈晶体，对于纤维状KNbO₃晶体的制备，目前还还未见报道。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一维非线形光学材料纤维状KNbO₃晶体的制备，以满足生产和某些领域发展的需要。

本发明的材料制备包括如下步骤：

室温下，按一定的化学计量比称取氢氧化钾、可溶性钾盐、五氧化二铌和蒸馏水，用以400～800转/分钟的转速搅拌的磁力搅拌器，分散均匀，移入水热釜中反应30～36小时，水热釜的温度为200～220℃，冷却至室温后，加入一定量0.5～1.5mol/L的柠檬酸钠和乙二胺四乙酸再进行水热30～36小时反应，反应完全后，冷却至室温，过滤，滤出物用蒸馏水洗至pH值等于7后，用乙醇冲洗，在60～100℃下干燥5～12小时，获得纤维状的KNbO₃晶体。

作为优选的技术方案：室温下，按一定的化学计量比量取氢氧化钾、可溶性钾盐、五氧化二铌和蒸馏水，其中氢氧化钾、可溶性钾盐、五氧化二铌、蒸馏水的摩尔比为1∶0.32∶0.80∶22。混合过程中用磁力搅拌器以400～800转/分钟的转速搅拌，移入有聚四氟乙烯内衬的水热釜中反应30～36小时，水热釜的温度为200～220℃，体积为50～200ml，所用氢氧化钾、可溶性钾盐、五氧化二铌、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸为分析纯。可溶性钾盐可以为氯化钾和硝酸钾中的一种或混合物。冷却至室温后，加入一定量的柠檬酸钠和乙二胺四乙酸再进行水热反应30～36小时，加入0.5～1.5mol/L的柠檬酸钠至溶液中不再有沉淀生成为止，然后加入水热釜体积的5％乙二胺四乙酸。反应完全后，冷却至室温，用滤孔直径范围是0.4～1.2μm滤膜过滤，滤出物用蒸馏水洗至pH值等于7后，用乙醇冲洗，在60～100℃下干燥5～12小时，获得纤维状的KNbO₃晶体。

现分别详述如下：

所述及的氢氧化钾、可溶性钾盐、五氧化二铌、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸为分析纯；

所述及的按一定的化学计量比称取氢氧化钾、可溶性钾盐、五氧化二铌和蒸馏水，其中氢氧化钾、可溶性钾盐、五氧化二铌和蒸馏水的摩尔比为1∶0.32∶0.80∶22；

所述及的可溶性钾盐可以为氯化钾和硝酸钾中的一种或混合物；