[发明专利]无机化合物硒化钠的制备方法及其装置

说明书

  

技术领域：

本发明涉及无机化合物合成领域，尤其涉及无机化合物硒化钠的制备方法及其装置。

  

背景技术：

当具有某种偏振方向的激光沿特定方向入射非中心对称晶体时，入射激光频率会发生转变，而具备这种非线性光学效应的晶体被称为非线性晶体。利用非线性晶体实现倍频（SHG）、和频（SFG）、差频（DFG）、光参量振荡（OPO）等非线性过程可对现有激光波长进行拓展，输出深紫外、可见、红外等在国防安全、国民经济等领域具有重要价值的激光。近年来，随着中、长波红外激光在国防、环境、医疗等领域应用需求的急速增长，探索并制备新型、优质红外非线性晶体材料成为红外非线性晶体材料领域研究的前沿和热点。

硒锗钠（Na₂Ge₂Se₅，简称NGSe）是一种新型红外非线性材料。2012年，Journal of Solid State Chemistry，Volume 195报道了美国材料学家M. Kanatzidis合成NGSe多晶，并利用多晶测定该材料部分物化性质。硒锗钠具有透光波段宽(0.52～18.2μm)、非线性系数大（约为ZGP晶体2倍）、双折射适宜、禁带宽度大(2.38eV)、可采用技术成熟1.06μm Nd:YAG泵浦等优良特性；且其为一致熔融化合物，熔点仅为576℃，是一种极具潜质的红外非线性晶体材料。 

但是，由于合成硒锗钠的原料金属Na极为活泼，制备过程中对环境的要求较高；同时金属Na和单质Se反应剧烈，不能采用直接化学合成的技术路线进行合成。目前合成硒锗钠多晶的可行方案主要是通过Na₂Se、Ge、Se按照化学计量比1：2：4配比进行固相合成，其中高纯、单相Na₂Se原料是制备硒锗钠多晶的基础和关键。目前制备硒化钠的效率差，且无法实现原位烘干，如《Handbook of Preparative Inorganic Chemistry》第二版第一卷第421页提出一种硒化钠化学合成方法，但其存在合成装置较为复杂，精确配制原料难度较大，制备速度慢，合成量少，无法实现原位烘干，对高温真空干燥箱要求极高等问题。针对以上问题，我们发明了该套硒化钠制备装置和方法。 

  

发明内容：

本发明目的在于提供一种安全、高效合成硒化钠（Na₂Se）化合物的制备方法及其装置，从而为生产硒锗钠单晶提供高纯、单相的Na₂Se多晶原料。

本发明技术解决方案如下： 

无机化合物硒化钠的制备方法，包括以下步骤：

（1）在充入高纯氩气保护的真空手套箱内，将金属钠和单质硒按摩尔比为2：1放入反应器内然后再将反应器密封移出真空手套箱； 

（2）将反应器内抽至高真空，然后充入高纯氮气，再抽至高真空，如此反复抽高真空、充氮气清洗、抽高真空3～4次；

（3）将反应器浸于冷却池中，然后向反应器内通入液氨，使金属钠完全溶解于液氨中；

（4）向反应器内通入高纯氮气，将反应器内经气化的氨进行排出来；

（5）对反应器内混合液进行搅拌1～2小时，促进金属钠与单质硒均匀、充分反应；

（6）移走冷却池，加速液氨的气化而被氮气带出反应器，等液氨气化完成后，将反应器内抽至真空；

（7）对反应器进行加热，然后冷却至室温、取料得硒化钠成品。

进一步，所述反应器中压强为-0.1～0.05 MPa。 

进一步，所述步骤（5）搅拌采用磁力搅拌器进行搅拌，所述反应器中加入了聚四氟乙烯磁子。 

进一步，所述步骤（3）冷却池中的冷却液为干冰丙酮溶液或液氮乙醇混合溶液。 

进一步，所述步骤（7）加热是将反应器加热至400～500℃后再恒温30～60分钟。 

进一步，所述步骤（7）取料是将反应器内充满氮气后转移至真空手套箱内进行取料，并在氩气保护下对硒化钠成品进行密封。 

本发明的另一个目的是提供一种实现上述无机化合物硒化钠的制备方法的装置，包括反应器，所述反应器顶端通过法兰套件连接有主管道；所述主管道上部分别连接有与真空泵连接用于抽真空的真空管道以及用于通入氮气与氨气的氮气管道与氨气管道，主管道的下部设有回旋管；所述回旋管与反应器的底部分别位于装有冷却液的第一冷却池、第二冷却池内；所述第二冷却池的底部设于磁力搅拌器上。