锑锌酸钾化合物、单晶体及其制备方法和用途.pdf

本发明涉及非线性光学材料及新型光致发光材料领域。该晶体其化学式为KZn4SbO7，分子量为534.33，属六方晶系，空间群P6(3)mc，单胞参数为a＝6.141(3)，b＝6.141(3)，c＝9.948(6)，α＝90°，β＝90°，γ＝120°，V＝324.9(3)3，Z＝2。采用高温固相法制备。锑锌酸钾(KZn4SbO7)具有优良的非线性光学性能，其粉末SHG系数相当于KDP的

1.  锑锌酸钾化合物，其化学式为KZn₄SbO₇，分子量为534.33。

2.  一种权利要求1所述的锑锌酸钾化合物的制备方法，其特征在于：采用高温固相法合成，按K∶Zn∶Sb(摩尔比)＝1∶4∶1称量好K₂CO₃，ZnO与Sb₂O₃，研碎，混合均匀，然后高温恒温使其充分反应，即可得到纯相；前述制备方法中采用的高温为700℃。

3.  一种权利要求1所述的锑锌酸钾化合物的用途，其特征在于：该化合物用于制备蓝光或白光发光材料或闪烁材料。

4.  一种锑锌酸钾单晶体，其特征在于：该单晶体化学式为KZn₄SbO₇，分子量为534.33，属六方晶系，空间群P6(3)mc，单胞参数为a＝6.141(3)，b＝6.141(3)，α＝90°，β＝90°，γ＝120°，Z＝2。

5.  一种权利要求4的锑锌酸钾单晶体的制备方法，其特征在于：采用高温固相合成方法生长，以钾盐，ZnCO₃与Sb₂O₃为原料，混合均匀研磨，预烧后研磨，然后800℃恒温，接着缓慢降温，最后让其自然冷却到室温，获得无色透明的片状晶体；前述钾盐选用K₂CO₃或KCl或KNO3，原料的加料比：K∶Zn∶Sb(摩尔比)＝4∶2∶2。

6.  一种权利要求4的锑锌酸钾单晶体的用途，其特征在于：该非线性光学单晶体用于潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、小型高功率固体激光器、光计算或光纤通讯。

锑锌酸钾化合物、单晶体及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及集非线性光学和发光性能一体的复合光学功能材料及其合成。
背景技术
非线性光学晶体，具有倍频效应(SHG)，在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值。非线性光学材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。目前实际应用的非线性光学晶体包括LiB₃O₅(LBO)，β-BaB₂O₄(BBO)，KH₂PO₄(KDP)，KTiOPO₄(KTP)，LiNbO₃(LNO)与BaTiO₃(BTO)等。此外，发光材料制成用于光源的光发射二极管，在户外大屏幕显示，交通信号，信息读写装置，特别是光发射二极管产生的三基色光被广泛用于白光照明，光装饰等重要的领域。目前实际应用或实验室研发的蓝光光发射二极管材料主要是GaN和ZnO。在探索非线性光学和发光材料中，我们从已知材料的结构出发，发现ZnO的空间群P6(3)mc，具有非心结构，并且具有强的蓝光发光性能。因此，我们希望用其他原子部分取代Zn原子的位置或对ZnO进行加成，使其发生畸变并调控能带结构，以便得到性能优越的新型非线性光学和三基色发光材料。有关这方面的研究尚无文献报道。
发明内容
本发明的目的之一在于制备锑锌酸钾化合物。
本发明的目的之二在于制备锑锌酸钾单晶体。
本发明制备的锑锌酸钾化合物，其化学式为KZn₄SbO₇，分子量为534.33。
锑锌酸钾化合物采用高温法合成。具体而言，按K∶Zn∶Sb(摩尔比)＝1∶4∶1称量好K₂CO₃，ZnO与Sb₂O₃，研碎，混合均匀，然后在高温恒温使其充分反应，即可得到纯相。前述高温恒温温度为700℃。
本发明制备的锑锌酸钾单晶体，其化学式为KZn₄SbO₇，分子量为534.33，属六方晶系，空间群P6(3)mc，单胞参数为a＝6.141(3)，b＝6.141(3)，α＝90°，β＝90°，γ＝120°，Z＝2。
锑锌酸钾晶体的三维框架结构为锌氧四面体和锑氧八面体通过氧原子共顶点连接而成，钾原子处于该四面体和八面体的空隙中。化合物中存在两种晶体学独立的锌原子，锌与其周围的四个氧形成四面体构型，其中Zn(1)O₄四面体之间通过共顶点连接形成沿a方向和b方向的一维无限螺旋链，而Zn(2)O₄和SbO6也通过共顶点连接形成沿a方向和b方向的一维无限螺旋链。
锑锌酸钾单晶体通过高温法制备。具体而言，以钾盐，ZnCO₃与Sb₂O₃为原料，混合均匀研磨，预烧后研磨，然后再高温恒温，接着缓慢降温，最后让其自然冷却到室温，获得无色透明的片状晶体。
前述钾盐可选用K₂CO₃或KCl或KNO3。前述原料的加料比：K∶Zn∶Sb(摩尔比)＝4∶2∶2。前述制备方法中所述高温为800℃，缓慢降温速率可控制为以每小时3℃的速率。
Kurtz粉末法测量表明，锑锌酸钾单晶体在1064nm激光照射下输出很强的532nm绿光，其粉末SHG系数大致相当于KDP的三倍。此类非线性光学材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。
该晶体粉末的紫外-可见吸收光谱表明，最大的吸收峰在337nm附近，吸收截止波长为450nm。从其荧光光谱(激发波长240nm)可知其在400nm-600nm有一个明显的很宽的发射谷峰，且在418nm、488nm处有很尖锐的发射峰。这种锑酸盐的结构及发光行为在国内外均未见报道，预期在制备白光发光材料及小型高功率固体激光器及新的发光或闪烁材料方面有一系列重要应用。
附图说明
图1.锑锌酸钾的沿a轴方向的结构图。
图2.锑锌酸钾的纯相粉末图。
图3.锑锌酸钾的紫外-可见吸收光谱图。
图4.锑锌酸钾的荧光发射光谱图。
具体实施方式
实施例1锑锌酸钾粉末制备
将按计量比称量好的K₂CO₃，ZnO与Sb₂O₃研碎，混合均匀，放入铂坩埚中，在马弗炉中于700℃反应数小时，即可得到纯相，产率可达100％。
实施例2锑锌酸钾单晶体的制备
将按K∶Zn∶Sb＝4∶2∶2比例称好的K₂CO₃，ZnCO₃与Sb₂O₃研磨，混合均匀，放入Pt坩埚中，放入箱式炉中在300℃预烧，研磨。最后在800℃恒温10h，然后以每小时3℃的速率降温到700℃，然后再以每小时6℃的速率降至500℃，最后让其自然冷却到室温，在坩埚底部得到许多无色透明的片状晶体。对该晶今进行了单晶X-射线衍射晶体学分析知其为锑锌酸钾，结构如附图1所示。其晶体学参数：其化学式为KZn₄SbO₇，分子量为534.33，属六方晶系，空间群P6(3)mc，单胞参数为a＝6.141(3)，b＝6.141(3)，α＝90°，β＝90°，γ＝120°，Z＝2。