一种无机化合物非线性光学晶体及其制备方法和应用

本技术涉及一种无机化合物非线性光学晶体及其制备方法和应用，属于无机材料领域。

背景技术：

1、非线性光学晶体是指具有非线性光学效应(shg效应)的功能材料，可以实现激光频率转换、激光强度和相位的调制、以及激光信号的全息储存等功能，在军用、民用高科技光电材料领域具有广泛应用。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)，α-liio3等。随着激光技术的发展和可调谐激光器的出现，非线性光学器件发展迅速，激光倍频、混频、参量振荡与放大；电光调制、偏转、q开关和光折变器件等相继出现。以上的这些研究与应用，对非线性光学材料提出了更多更高的物理、化学性能的要求，也促进了非线性光学材料的迅速发展。二阶非线性光学晶体材料必须具有非中心对称的结构。

2、已有研究人员合成出一种化学式为hg3(te3o8)(so4)的中心对称层状化合物，其空间群为p1，晶胞参数为α＝67.178(9)°，β＝72.622(9)°，γ＝73.471(8)°，该物质在532nm的双折射率为0.184，在1064nm处的双折射率为0.166。

技术实现思路

1、根据本技术的第一个方面，提供了一种无机化合物多功能晶体，该无机化合物晶体表现出强的倍频效应，其粉末shg系数分别为kh2po4(kdp)的1.3倍，且能实现相位匹配，是具有潜在应用价值的非线性光学材料。

2、一种无机化合物多功能晶体，所述无机化合物多功能晶体的化学式为hg3(te3o8)(so4)；

3、所述无机化合物多功能晶体属于正交晶系；

4、所述无机化合物多功能晶体的空间群为cmc21。

5、可选地，所述无机化合物多功能晶体的晶胞参数如下：

6、

7、可选地，所述无机化合物多功能晶体的晶胞参数如下：

8、

9、可选地，所述无机化合物多功能晶体的晶胞参数如下：

10、

11、可选地，hg3(te3o8)(so4)中，te共有teo4和teo5两种配位方式，形成teo4四面体和teo5四棱锥两种teox多面体，teo4四面体通过与相邻的一个teo5四棱锥[teo5-i]的顶点和另一个teo5四棱锥[teo5-ii]的底面共o链接形成[teo5-i+teo4+teo5-ii]基本单元，[teo5-i+teo4+teo5-ii]基本单元之间通过基本单元端点处共o链接形成{[teo5-i+teo4+teo5-ii]}∞之字形链，{[teo5-i+teo4+teo5-ii]}∞之字形链间相邻[teo5-i]四棱锥底面顶点o与so4四面体连接、且so4四面体上另有两个o分别与相邻的两条{[teo5-i+teo4+teo5-ii]}∞之字形链上的[teo5-ii]四棱锥共用形成{[teo5-i+teo4+teo5-ii]+[teo5-i+teo4+teo5-ii]+[so4]}∞一维之字形双链，之字形双链之间与hg通过静电相互作用链接形成三维结构。

12、可选地，所述无机化合物多功能晶体在1064nm激光照射下的倍频效应为kh2po4的1.2～1.5倍。

13、可选地，所述无机化合物多功能晶体具有二阶非线性光学shg效应。

14、根据本技术的第二个方面，提供了一种无机化合物多功能晶体的制备方法，采用水热晶化法，生长得到了淡黄色长条状的hg3(te3o8)(so4)晶体。所述方法过程简单，可得到高纯度、高结晶度的无机化合物hg3(te3o8)(so4)晶体材料。

15、上述所述的无机化合物多功能晶体的制备方法，包括以下步骤：

16、将含有hg源、te源、s源、水的混合物，置于密闭容器中反应，降温得到无机化合物多功能晶体；

17、所述hg源为hg2cl2。

18、可选地，hg源、te源、s源、水的摩尔比为1：0.1～20：1～500：1～500；

19、所述hg源的摩尔数以元素hg来计；所述te源的摩尔数以te来计；所述s源的摩尔数以元素s来计。

20、可选地，hg源、te源、s源、水的摩尔比为1：0.5～15：10～400：10～400。

21、可选地，hg源、te源、s源、水的摩尔比为1：1～10：20～300：20～300。

22、可选地，所述hg源选自亚汞盐、硫酸汞、高氯酸汞水合物、三水合高氯酸汞。

23、可选地，所述te源选自te的氧化物、金属碲化物、亚碲酸盐和亚碲酸盐水合物。

24、可选地，所述s源选自硫化物、硫酸盐及其水合物、硫代硫酸盐和亚硫酸盐。

25、可选地，碲元素来自二氧化碲、碲酸、亚碲酸钾、碲酸钠中的至少一种。

26、可选地，硫元素来自硫酸、硫酸钠、硫酸氢钠、硫酸汞、硫酸铵、硫酸亚汞中的至少一种。

27、可选帝，汞元素来自氯化亚汞。

28、可选地，碲元素来自二氧化碲。

29、可选地，硫元素来自硫酸溶液。

30、可选地，硫酸溶液可选用98.5wt％的硫酸水溶液。

31、可选地，硫元素来自氯化亚汞。

32、可选地，碲元素来自二氧化碲。

33、可选地，硫元素来自硫酸水溶液。

34、此时的水来自硫酸溶液中的水和外加的去离子水。

35、可选地，反应的条件如下：

36、温度为140℃～280℃；

37、时间为6h～300h。

38、可选地，反应的条件如下：

39、温度为180℃～270℃；

40、时间为12h～200h。

41、可选地，反应的温度独立地选自140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃中的任意值或任意两者之间的范围值。

42、可选地，反应的时间独立地选自6h、12h、24h、30h、40h、50h、62h、72h、80h、100h、120h、140h、160h、180h、210h、240h、260h、280h、300h中的任意值或任意两者之间的范围值。

43、可选地，反应结束后，降至室温。

44、可选地，降温速率为0.1℃/h～20℃/h。

45、可选地，降温速率为0.1℃/h～15℃/h。

46、可选地，降温速率独立地选自0.1℃/h、1℃/h、2℃/h、3℃/h、4℃/h、6℃/h、8℃/h、10℃/h、13℃/h、15℃/h、18℃/h、20℃/h中的任意值或任意两者之间的范围值。

47、作为本技术的一种实施方式，无机化合物晶体的制备方法包含如下步骤：

48、将含有汞元素、碲元素、硫元素、水的原料混合置于带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，密闭后于140℃～280℃的晶化温度下晶化48小时以上；晶化结束后将体系以不超过20℃的降温速率降至室温，经分离、洗涤、干燥后所得固体样品即为所述无机化合物晶体。

49、采用水热法制备得到的所述无机化合物晶体的形貌为淡黄色透明长条状晶体。

50、根据本技术的第三个方面，提供了一种无机化合物多功能晶体的应用。

51、上述所述的无机化合物晶体和/或上述所述的制备方法得到的无机化合物晶体作为非线性光学多功能晶体材料在激光频率转换器中的应用。

52、本技术能产生的有益效果包括：

53、1)本技术所提供的一种无机化合物多功能晶体，该hg3(te3o8)(so4)在1064nm激光照射下为kh2po4(kdp)的1.3倍，且能实现相位匹配。因此hg3(te3o8)(so4)晶体作为非线性光学材料具有很好的潜在利用价值。

54、2)本技术提供的一种无机化合物多功能晶体的制备方法，采用水热晶化法，生长得到了淡黄色长条状的hg3(te3o8)(so4)晶体。所述方法过程简单，可得到高纯度、高结晶度的无机化合物hg3(te3o8)(so4)晶体材料。