[发明专利]一种软铋矿硅酸铋微晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅酸铋微晶体的制备方法，特别涉及一种软铋矿硅酸铋微晶体的制备方法。

背景技术

寻找新功能晶体是国际晶体材料科学的前沿，而新功能晶体的预测、原料制备、析晶行为、晶体生长等方面的研究是新功能晶体研究的基础。近年来发现Bi₂O₃-SiO₂系统是很有进一步研究价值的系统。由于元素Si和Ge在化学元素周期表中属同一主族，性质相似，因此Bi₂O₃-SiO₂系统和Bi₂O₃-GeO₂系统在结构和性能上有学多相似之处。目前对Bi₂O₃-GeO₂系统的研究已经较为成熟，而对Bi₂O₃-SiO₂系统的研究显得不足(费一汀，无机材料学报，1997，12：469～476)。在该系统中发现的化合物晶相有6∶1、1∶1及2∶3等相，已查明Bi₁₂SiO₂₀晶体具有电光、光电导、光折变、压电、声光、旋光等性能，Bi₄Si₃O₁₂晶体具有电光、闪烁等性能。但是，除了对Bi₁₂SiO₂₀组成附近的相关系及其晶体的生长、性质、应用等方面有较详细的研究外，该系统大部分区域基本上缺乏细致而深入地研究，一个原因在于该系统组成中其它晶体难于合成，且合成过程中易于产生杂相，这对所制备的单晶性能影响较大，因此制备高纯度的晶体原料是制备高品质透明单晶体的基础。

硅酸铋(Bi₁₂SiO₂₀，简称BSO)晶体是一种宽带隙、高电阻率的非铁电立方半绝缘体。它同时具有电光、光电导、光折变、压电、声光、旋光及法拉第旋转等效应，是一种有前途的多功能光信息材料。利用BSO晶体的电光和光电导性能，在室温下用低功率激光就可实现多种非线性光学变换。通常用波长λ＝514nm的激光写入全息图，用波长为633nm的He-Ne激光读出。在一个外加电场下，BSO晶体的记录与擦除能量等效于高分辨率照相板，其响应时间可达1～10ms，在黑暗中全息图可存放20～30h。作为实时体全息记录材料，BSO晶体是目前所获得的灵敏度最高、响应速度最快的少数几种光折变材料之一。因而在实时光信息处理和光计算等技术中有广泛的应用。这些应用包括非相干/相干光图像转化、光存储、实时干涉量度学、图像放大和相共轭等学多领域、此外，日本还将这种材料制成光电传感器用于变电所内故障的检测，还开发了能同时测定电流电压的传感器。

BSO晶体材料的研究至今已有二十多年的历史。最初它是被作为一种压电材料来研究的。但近年来，作为一种重要的光折变材料，BSO晶体已引起各国科学家的极大重视，每年大约有60～80篇论文发表，研究内容涉及晶体生长、缺陷表征、光折变机理、性能及应用等诸多方面、目前用BSO晶体制成的各种光折变器件尚处于模型运转阶段。可以预期，随着对光折变微光过程的进一步了解和应用研究的深入。BSO光折变器件将会进入实用阶段而成为商品化器件，从而在未来的信息领域中发挥重要作用。为适应各种应用对BSO晶体质量提出的不同要求，科研工作者在对传统的BSO晶体生长方法——提拉法进行不断改进的同时，还在积极探索其它生长方法，如水热法、下降法等。

自从1967年Ballman的开创性工作以来，提拉法已作为BSO晶体生长的主要方法之一，直受到人们的普遍重视。根据Bi₂O₃-SiO₂系统的相图，当Bi₂O₃和SiO₂克分子比为6∶1时，系统在900℃左右同成分熔化。将按这个理想配比配制成的原料置于Pt坩埚中，通过射频感应加热和电阻加热使原料熔化，经过下种、接种、“缩颈”、放肩、等经、迅速拉脱和冷却这一系列过程后，即完成一次单晶生长。生长过程中晶体直径可通过称重法或浮称法来实现自动控制。该方法工艺较复杂，影响因素较多。