[发明专利]一种水热法生长硅酸铋单晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用水热法制备硅酸铋晶体的方法，属于无机非金属材料 领域。

背景技术

硅酸铋(Bi₁₂SiO₂₀，以下简称BSO)晶体是一种集电光、光电导、光折变、 压电、声光、旋光及磁光等效应的多功能光信息材料。利用BSO晶体的磁光 效应已研制出电流传感器，利用其旋光效应亦成功研制出温度补偿型传感器， 同时利用BSO晶体的电光效应和磁光效应还可研制出同时测定电流和电压的 传感器。近年来，BSO晶体的光折变性能尤其引起了人们极大的关注。BSO晶 体是目前获得的灵敏度最高、响应时间最快的光折变材料之一，在光信息存 储和光信号处理等领域具有很大的应用前景。利用BSO晶体的光折变性能， 人们期望开发出用于实时全息存储、空间光调制器、相位共轭波和图象放大 等功能的光折变器件。

目前，生长BSO大单晶主要采用提拉法和坩埚下降法这两种方法。用提 拉法生长的BSO晶体中存在生长条纹、深色核芯、应变感生双折射和包裹体 等缺陷，而用坩埚下降法生长的BSO晶体虽然解决了核芯问题，但是利用该 法制备的晶体仍带有与提拉法生长的BSO晶体一样的黄颜色，并且由于高温 下BSO熔体对铂金(Pt)坩埚的腐蚀，导致熔体中Pt含量增加而在晶体中形成 Pt包裹体或线状Pt光散射缺陷，这些缺陷严重影响了BSO晶体的光学质量， 且在制备上重复性较差。晶体的光学质量是影响其实际应用的关键因素之一。 晶体中的点缺陷、生长条纹、组分不均匀性、应力等缺陷会引起光散射增强， 导致读出图像时的背景噪音过大、物光图象畸变和降低BSO晶体的其它光物 性能。因此采用提拉法和坩埚下降法这两种方法严重阻碍了BSO晶体在光折 变器件和其它器件中的开发应用。

水热法因其在较低的生长温度和过饱和度下生长晶体，可以克服上述两 种方法生长晶体的不足，生长出高光学质量的BSO晶体。Harris和Larkin 等(Journal of Crystal Growth 128(1993)：871-875)对BSO晶体采用 NaOH溶液做矿化剂进行了水热法合成实验，获得了无核芯、应力小、位错密 度低的BSO晶体，但经测试发现该法生长的BSO晶体无明显光折变效应。王 金亮等(人工晶体学报，第38卷第3期，566～569页)以水热自发成核Bi₁₂SiO₂₀晶体作为培养料，4.0mol/L NaOH溶液为矿化剂，采用水热法成功生长出无 色BSO晶体。这类以NaOH溶液作为矿化剂以水热法生长BSO单晶体的方法， 由于BSO晶体在NaOH溶液中的溶解度不够大，不利于生长大晶体，且其工艺 控制较难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用氟化物溶液做矿化剂，经过水 热反应生长出硅酸铋(Bi₁₂SiO₂₀)单晶体的方法。该方法使Bi₁₂SiO₂₀晶体可以 在较低的温度和压力下生长，并且可以生长得到较大尺寸晶体，工艺简单易 控。

本发明提供的水热法生长硅酸铋(Bi₁₂SiO₂₀)单晶体的方法，是在高压釜 中，利用高温高压的氟化物溶液使硅酸铋溶解并重结晶生长单晶体的方法。

上述方法的具体步骤如下：

采用Bi₁₂SiO₂₀原料作为培养料，置于黄金衬套管底部，在培养料的上方 放置一个开孔率为7％～10％的黄金挡板，将培养料溶解区和晶体生长区隔开； 在黄金衬套管的顶部悬挂籽晶或金丝，并按65～75％的填充度，向黄金衬套 管中加入氟离子浓度为0.3～6mol/L的氟化物溶液，之后将黄金衬套管密封， 放入高压釜中，在黄金衬套管和高压釜的夹层加入一定量去离子水或蒸馏水， 然后将高压釜密封，将密封后的高压釜置于两段加热的电阻炉内加热，使溶 解区平均温度为365～420℃，生长区平均温度为335～385℃，经过10～90 天恒温生长，得到Bi₁₂SiO₂₀单晶体。

其中，

所述的氟化物为选自氟化钾、氟化钠、氟化锂和氟化铵中的一种或多种； 当为其中多种的混合时，只要其中氟离子的总浓度在0.3～6mol/L的范围内 即可。