[发明专利]新型紫外光通带滤波器材料四水硫酸镍钠晶体

说明书

技术领域

本发明涉及光学与人工晶体材料。

背景技术

常用的紫外晶体通带滤波器，例如六水硫酸镍(NiSO₄·6H₂O简称NSH)、五水硫酸铜(CuSO₄·5H₂O)，具有在紫外波段具有高的光学透过率，可见光波段强吸收的特性，广泛用于光谱、激光等技术领域。1998年N·B·Singh，W·D·Pantlow发明了一种热稳定性比NSH晶体更好的新紫外光滤波晶体六水硫酸镍钾(K₂Ni(SO₄)₂·6H₂O简称KNSH)，(N·B·Singh，W·D·Pantlow，U·S·Patent5788764，Aug，4，1998)作为紫外通带滤波器的制作材料。NSH和KNSH晶体虽然在紫外波段(254nm)附近有很高的透过率(>80％)，但在450～600nm可见光范围仍有相当部分的透过率。2003年国家知识产权局受理我所申报的发明专利(申请号03154182.8)——一种用于紫外光通带滤波器的十二水硫酸镍钴晶体(CoNi(SO₄)₂·12H₂O，简称CNSH)这种晶体在紫外波段(254nm)有高的透过率并能将大部分的可见光波段(450～600nm)过滤。

迄今为止，所报道的紫外光通带滤波器晶体材料的热稳定性均不超过100℃，使得这些材料的应用范围受到限制。由于紫外光滤波晶体的组份、结构特征与光谱及热稳定性能一定程度上是相互关联的，据此我们设计一种新的紫外光通带滤波器晶体材料——四水硫酸镍钠(Na₂Ni(SO₄)₂·4H₂O简称NNSH)。这是一种新的复合络合物，目前国内外尚无该化合物晶体生长、热学及光谱性能等报道。

发明内容

本发明的目的是设计并研制出一种新的紫外光滤波器晶体材料，使该晶体材料具有常规紫外晶体具有的紫外波段(～254nm)的高透过率，同时又具有很高的热稳定性能，采用溶液蒸发法生长出厘米级尺寸的NNSH晶体。

实现该发明的技术方案

NNSH的合成：合成方法是采用国产分析纯的Na₂SO₄和NiSO₄·6H₂O试剂，摩尔比为1：1的二种原料在超纯水中加热搅拌溶解呈深绿色溶液，经蒸发后得到绿色的NNSH透明结晶，其复合反应表示式为：

Na₂SO₄+NiSO₄·6H₂O＝Na₂Ni(SO₄)₂·4H₂O+2H₂O

所得到的NSH结晶用等离子体原子发射光谱分析测定该晶体中Ni与Na元素的化学配比为1:2。NNSH的晶体结构：用CAD—4型X射线衍射仪测定，确定该晶体的化学式为Na₂Ni(SO₄)₂·4H₂O，分子量368.87，属单斜晶系，空间群P2₁/c，晶胞参数a＝5.5374(9)，b＝8.2022(13)，c＝11.0520(18)，β＝100.5010(10)°，v＝493.56(14)z＝2，Dc＝2.482g·cm^-3。NNSH的分子结构和单晶结构见图1和图2。

晶体生长方法：NNSH在水中有较大的溶解度和一定的溶解度温度系数，适合采用水溶液蒸发法生长：(1)晶体生长溶液的配制：首先配制NNSH饱和溶液，饱和温度控制在60～70℃，溶液为深绿色，PH值为5～5.5，并装在直径为7～10cm的生长容器中。蒸发法生长NNSH晶体：采用饱和溶液中自发结晶透明完整晶体作为籽晶，粘合固定在有机玻璃晶架上。经过预热后将籽晶移入饱和溶液中进行恒温生长，生长溶液的温度控制精度为±0.01℃，晶体正反向转动速度为30～60转/分，通过水蒸发量的控制，晶体的平均生长速度为0.5～1毫米/天。