[发明专利]一种非线性光学晶体二水合二甲基铵五硼酸铝及其制备和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性光学材料二水合二甲基铵五硼酸铝(化学式：[Al(B₅O₁₀)]·2CH₃NH₃·2H₂O)的制备和应用。

背景技术

1960年，T.M.Maiman研究成功了世界上第一台红宝石(Cr³⁺:Al₂O₃)脉冲激光器。1961年P.A.Franken将红宝石激光入射水晶(α-SiO₂)，首次发现了晶体所产生的倍频效应(SHG)。从此开辟了非线性光学及其材料发展的新纪元。近半个世纪来非线性光学晶体材料得到了迅猛的发展，并深入到激光技术的各个领域，现已成为激光变频、电光调制和光折变晶体记忆和存贮等技术必不可少的晶体材料，形成了非线性光学晶体材料科学。

目前已实际应用的非线性光学硼酸盐晶体包括LiB₃O₅(LBO)，β-BaB₂O₄(BBO)，BiB₃O₆(BIBO)等。虽然这些非线性光学材料已广泛应用于各行各业中，然而，不同的领域对非线性光学材料的要求也不同，因此不可能有单一非线性光学材料可以最优化应用于所有的领域。这就对非线性光学材料的多样性提出了要求，以便在特定的领域可以最优化的选择特定的非线性光学材料。所以有必要继续寻找和发展新的非线性光学材料。我们在前期工作地基础上，采用伯胺为模板得到了性能优越的新型非线性光学材料。

发明内容

本发明的目的在于制备一种非线性光学晶体二水合二甲基铵五硼酸铝(化学式：[Al(B₅O₁₀)]·2CH₃NH₃·2H₂O)，其技术方案如下：

我们选择异丙醇铝(Al(i-PrO)₃)和硼酸(H₃BO₃)作为原料，其摩尔比为1∶5，采用甲胺醇和水为模板剂和溶剂，利用异丙醇铝水解生成的手性AlO₄基团与硼酸聚合成的非心阴离子簇协同组装，并以单质子化的甲胺阳离子作为抗衡离子，在水(剂)热条件下得到二水合二甲基铵五硼酸铝的晶体材料。Al(i-PrO)₃和H₃BO₃的摩尔比为1∶5，采用甲胺醇和水为模板剂和溶剂，反应温度为160℃，反应时间为7天。

我们测得该化合物的单晶结构，其结构参数如下：

化学式为[Al(B₅O₁₀)]·2CH₃NH₃·2H₂O，分子量为341.20，属于四方晶系，空间群I42d，单胞参数为a＝10.974(2)b＝10.974(2)c＝23.216(6)α＝β＝γ＝90°，V＝2796.1(9)Z＝8。

二水合二甲基铵五硼酸铝的主体阴离子骨架是由AlO₄四面体和B₅O₁₀单元通过严格的交替连接构筑而成的，这一非心结构具有部分重叠的十一圆环孔道。单质子化的甲胺分子则作为模板剂和抗衡阳离子填充在孔道中。值得一提的是，沿[100]方向，右手螺旋的八圆环和左手螺旋的七圆环孔道偶合在一起。而沿着[010]方向，左手螺旋的八圆环和右手螺旋的七圆环偶合在一起。

非线性光学测量表明，二水合二甲基铵五硼酸铝具有优良的非线性光学性能，在1064nm激光照射下输出很强的532nm绿光，其粉末SHG系数为KDP的2.0倍，与LBO相当。

本发明提供的二水合二甲基铵五硼酸铝是通过水(剂)热合成方法生长出的晶体。本发明所采用的材料制备方法具有工艺简单、产率高及重复性好等优点。该材料的优点是不易溶于一般的溶剂，光吸收低、透光范围大。

该发明所制备的非线性光学材料可应用在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域。

具体实施方式

1、化合物的制备