[发明专利]一种制备大尺寸Zn4

说明书

本申请公开了一种制备大尺寸Zn₄B₆O₁₃单晶的方法，其特征在于，以用乙酸锌、氧化锌和氧化硼为主要原料，采用熔盐生长大尺寸零膨胀材料ZBO晶体。该方法制备得到的大尺寸ZBO单晶，在热功能材料领域、精密光学功能和精密机械部件的制造等领域有着重要的应用前景。

技术领域

本申请涉及一种制备大尺寸Zn₄B₆O₁₃单晶的方法，属于晶体材料合成领域。

背景技术

一般情况下，材料在受热时体积膨胀、受冷时体积收缩的“热胀冷缩”现象是自然界物体的一种基本热学性质。然而也有少数材料并不遵循这一基本物理规则，存在着反常的热膨胀性质，即其体积随着温度的升高反常缩小或不变。其中，有一类材料的体积在一定的温区内保持不变的称为零膨胀材料，在对尺寸精度或抗热振要求高的科学领域具有重要的应用价值。目前，已有的绝大多数零膨胀材料是将具有负热膨胀性质的材料加入到其它不同的材料中，通过化学修饰的手段控制其膨胀率，形成零膨胀状态。而纯质无掺杂的零膨胀晶体材料因为能够更好地保持材料固有的功能属性，在各个领域更具有应用价值。但由于在完美晶格中实现负热膨胀与正膨胀之间的精巧平衡十分困难，纯质无掺杂晶体材料中的零膨胀现象非常罕见。迄今为止仅在7种晶体中发现了本征的零膨胀性质。同时，在目前已有的零膨胀晶体材料中含有过渡金属或重原子，其透光范围仅仅截止于可见波段，因此探索具有良好透光性能的纯质无掺杂零膨胀晶体材料是热功能材料领域及光学功能材料领域里极具科学价值的研究热点。而ZBO 晶体具有良好的生长习性，其透光范围几乎覆盖整个紫外、可见、近红外波段，且在所有零膨胀晶体中具有最短的紫外截止边，以及良好的热稳定性、高硬度和优异的导热性能，在超低温光扫描仪、空间望远镜和低温光纤温度换能器等应用于低温复杂环境中的高精度光学仪器中具有重要的科学价值。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种制备大尺寸Zn₄B₆O₁₃(简写为ZBO) 单晶的方法，采用熔盐生长大尺寸零膨胀材料ZBO晶体，制备的大尺寸 ZBO单晶，在热功能材料领域、精密光学功能和精密机械部件的制造等领域有着重要的应用前景。

所述制备大尺寸Zn₄B₆O₁₃单晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将含有锌元素和硼元素的原料置于250℃～350℃，保持3～5天后，冷却至0～40℃，得到前驱体I；

b)步骤a)所得前驱体I经研磨后，置于550℃～650℃，保持5～7天，冷却至0～40℃，得到前驱体II；

c)将步骤b)所得前驱体II经研磨后，置于750℃～850℃，保持10～20 天，得到多晶料；

d)将步骤c)所得多晶料置于1050～1200℃熔化后，静置0.5～2天，搅拌2～4天后得到熔体；

e)将步骤d)所得熔体降温至990℃～960℃，用籽晶尝试法确定晶体生长的饱和温度后，将温度调至饱和温度以上20～40℃，将籽晶杆 与熔体接触，恒温100～160分钟后，降温至饱和温度恒温2～7天进行晶体初期生长；

f)晶体初期生长结束后，采用熔盐法晶体生长工艺进行晶体生长；

g)晶体生长结束后，提起籽晶杆脱离熔体，以20～40℃/h的速率降至 0～40℃，即得大尺寸Zn₄B₆O₁₃单晶。

优选地，所述大尺寸Zn₄B₆O₁₃单晶的晶体尺寸大于55×55×25mm³。