[发明专利]硫氰酸汞盐单晶的生长方法

说明书

本发明涉及硫氰酸汞盐单晶生长的方法，属于溶液降温法晶体生长技术领域。

硫氰酸汞盐(AHg[SCN]₄，A＝Cd²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺)晶体是一类络合物型、高效、非线性光电功能材料，硫氰酸汞镉(CdHg[SCN]₄简称CMTC)晶体具有良好的非线性光学性能。见文献[1]b.G伯哥曼等，″CdHg[SCN]₄和ZnHg[SCN]₄的非线性光学性质。″材料科学通报1970年第5卷第913页-918页(Nonlinear Opti-cal Properties of CdHg[SCN]₄andZnHg[SCN]₄。CMTC晶体在光盘存储、光计算等光电子技术中有着光明的应用价值。

目前，硫氰酸汞盐晶体的生长技术仍存在许多问题。1973年晶体生长第18卷第281-288页中公开了Z.布兰克的“硫氰酸汞镉和硫氰酸汞锌在凝胶中生长”[2](Z.Bland，″The Growth of CadmiumMeroury Thiocyanale and Zine MercuryThiocyanale Cryslalsingel。″《(J.CrystalGrowth》)，1985年《晶体研究技术》第20卷第100-102页报道了A.伦兹等人的“硫氰酸汞盐：AHg[SCN]₄，(A＝Cd²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺和Fe²⁺)自凝胶中的晶体生长”[3](A.Lentz，et，al，″Grystal Growth of Rhodanomecurates：AHg[SCN]₄With A＝Cd²⁺、Zn^2-、Cu²⁺、Co²⁺andFe²⁺from Gels″，《Crys.Res.Tech》)但采用凝胶法生长，难以得到形态完美的较大尺寸的单晶。因为，高效率的颊率转换器件与其晶体相干长度的平方成正比，而凝胶法生长的晶体棱长一般仅为3-5mm，最大的为0.7×12mm。1978午8月美国专利IP3840347公开了格拉迈尔等的“硫氰酸汞镉的制备方法”[4](Grabmair et al，″Methoelof Produeing CdHg[SCN]4 Single Crystals″)，该专利提出了采用蒸发法自水和醇(乙醇)的混合溶剂中自发结晶制备CMTC单晶，但该方法受成核速度的影响，且蒸发量难以定量控制而未见获得厘米级大小的高光学质量的晶体。此外，现有的硫氰酸汞盐晶体的生长方法均存在生长周期长，晶体生长速度、形态不易控制，难以获得高质量的单晶体的缺点。同时，许多的研究结果还表明晶体的光学质量与其生长溶剂相关，而晶体频率转换器件的效率与其晶体的光学质量密切相关，且与晶体的相干长度平方成正比关系，为此，高效率的晶体器件需要光学优质的大单晶体。

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的缺点，提供一种降温法生长硫氰酸汞盐晶体，尤其是CMTC单晶的生长方法，以获得光学优质的硫氰酸汞盐大单晶。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

本发明是采用旋转籽晶溶液降温生长工艺生长硫氰酸汞盐单晶(AHg(SCN)₄，A＝Cd²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺)选取重量百分比为1-3％的氢化钾(钠)作溶剂，在起始温度30-40℃的硫氰酸汞盐硫氰酸汞盐过饱和溶液中进行旋转籽晶降温生长，籽晶转速15-30rpm，降温速度0.1-0.3℃/天。

生长溶剂的选择对于溶液降温法晶体生长来说是十分重要的，通过实验本发明得到硫氰酸汞盐在氯化钾(钠)溶剂中的溶解度曲线，与硫氰酸汞盐在水中的溶解度曲线相比，硫氰酸汞盐在氯化钾(钠)溶液中的溶解度大大的高于在纯水中的溶解度，且随温度的升高，溶解度增大。本发明选择了重量百分比为1-3％的氯化钾(钠)水溶液作溶剂，其中尤以2.0％的氯化钾溶液为佳。图1和图2分别为硫氰酸汞镉在水中的溶解度曲线和硫氰酸汞镉在2％氯化钾溶液中的溶解度曲线。在20-40℃生长温度时，采用降温法生长，溶液稳定，十分有利于晶体的生长。