專利名稱：用于紫外光通帶濾波器的六水硫酸鎳鈷鉀晶體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學與人工晶體材料。
背景技術：
作為晶體通帶濾波器必須具有透過光譜呈不連續(xù)的特性，使通過的光波段具體很高的透過率和窄的帶寬而其它波段的光被強烈吸收。六水硫酸鎳(NiSO4·6H2O簡稱NSH)晶體是一種優(yōu)良的紫外濾波晶體材料，已廣泛用于光譜、激光技術。作為紫外通帶濾波器和傳感器，1998年N·B·Singh，W·D·Pantlow發(fā)明了一種熱穩(wěn)定性比NSH晶體更好的新紫外光濾波晶體六水硫酸鎳鉀(K2Ni(SO4)2·6H2O簡稱KNSH)，(N·B·Singh，W·D·Pantlow，U·S·Patent5788764，Aug，4，1998)。NSH和KNSH晶體在紫外波段(254nm)附近有很高的透過率(＞80％)，雖然對大部分可見光和近紅外光有濾波作用，但在450～600nm可見光范圍仍有相當部分的透過率，而對需要純紫外光源的應用，要求晶體對可見光盡可能多地過濾。2003年國家知識產權局受理我所申報的發(fā)明專利(申請?zhí)?31 54182.8)——一種用于紫外光通帶濾波器的十二水硫酸鎳鈷晶體(CoNi(SO4)2·12H2O，簡稱CNSH)這種晶體在紫外波段(254nm)有高的透過率并能將可見光波段(450～600nm)過濾。蘭綠色的NSH和KNSH晶體都可以用水溶液降溫法生長大尺寸的單晶，而CNSH晶體及其飽和溶液均為暗棕色，可見光不透明，肉眼觀察不到晶體和溶液的現(xiàn)場，因此只能自發(fā)結晶，很難控制和獲取可用尺寸的完整單晶。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是設計并研制出一種新的紫外光濾波器晶體材料，使該晶體材料既能保持KNSH與NSH晶體具有的紫外波段(～254nm)的高透過率又可提高對可見光(450～600nm)的濾波功能，更重要的是能在飽和溶液中實時觀察和控制，實現(xiàn)溶液降溫法晶體生長。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案如下1.KCNSH的合成K2Co0.1Ni0.9·6H2O(六水硫酸鎳鈷鉀，簡稱KCNSH)的合成方法是采用國產分析純的K2SO4，NiSO4·6H2O和CoSO4·7H2O試劑，其摩爾比為1∶1∶0.3這三種原料在二次蒸餾水中加熱攪拌溶解呈棕綠色溶液，冷卻后得到暗綠色的KCNSH透明結晶，其復合反應表示式為K2SO4+NiSO4·6H2O+CoSO4·7H2O→K2CoxNi(1-x)(SO4)2·6H2O+H2O反應的透明結晶用等離子體原子發(fā)射光譜分析測定該晶體的Ni與Co的重量百分比為0.9∶0.1，即x＝0.1，Co在飽和溶液和晶體中的分凝系數(shù)r＝0.1/0.3＝0.332.KCNSH的晶體結構用CAD-4型X射線衍射儀測定，確定該晶體的化學式為K2Co0.1Ni0.9(SO4)2·6H2O，分子量437.15，屬單斜晶系，空間群P2(1)/c晶胞參數(shù)a＝6.1390(3)，b＝12.1839(6)，c＝9.0095(4)，α＝γ＝90°，β＝105.060(2)°，V＝650.74(5)3，Z＝2，Dc＝2.231g/cm3。KCNSH的分子結構和單晶結構見圖1和圖2(M為Ni2+和Co2+)。
3.晶體生長方法KCNSH在水中有較大的溶解度和溶解度溫度系數(shù)，可用水溶液蒸發(fā)法或降溫法生長，我們采用水溶液降溫法生長KCNSH晶體。
(1)晶體生長溶液的配制按1配制KCNSH(Ni與Co的摩爾比為1∶0.3)的飽和溶液，飽和溫度控制在70～50℃，溶液為深綠色，PH為5～5.5。選用直徑為7～10cm(即溶液的通光長度)的玻璃晶體生長容器，可見光下可進行實時觀察和控制晶體在溶液的生長現(xiàn)場。
(2)降溫法生長KCNSH晶體采用飽和溶液中自發(fā)結晶透明完整晶體作為籽晶，粘合固定在有機玻璃晶架上。經過預熱后在高于飽和溫度1～3℃時將籽晶移入飽和溶液中降溫生長，生長溶液的溫度控制精度為±0.01℃，晶體正反向轉動速度為30～60轉/分，通過降溫量控制晶體的平均生長速度為1～3mm/day。
4.KCNSH晶體的透過光譜用PE-Lambda900分光光度計，測量波長從紫外190nm到近紅外1200nm。測試樣品為KCNSH和KNSH晶體，經過初步表面拋光，晶體通過厚度都為2mm，從兩種晶體的透過光譜(見圖3)，可以看出在紫外波段(190～370nm)的峰寬和強度相近，在可見波段(400～630nm)和近紅外波段的峰寬也相近，但KCNSH透過峰值有明顯的降低，對可見光的吸收比KNSH大0.5倍，說明KNSCH晶體作為紫外光通帶濾波器對可見光和近紅外光的濾波效果比KNSH和NSH晶體更好。
5.KCNSH晶體的熱學穩(wěn)定性用DELTA SERIES TGA7熱分析儀測量KCNSH晶體的熱重曲線，結果表明該晶體開始脫水溫度為98.3℃，而NSH、CNSH和KNSH的開始脫水溫度分別為73.03℃、84.74℃和97.23℃，說明KCNSH晶體的熱穩(wěn)定性略優(yōu)于NSH晶體。
該發(fā)明與背景技術相比所具有的有益效果與目前廣泛應用的紫外濾波NSH晶體和美國專利紫外濾波新材料KNSH晶體相比，從可見到近紅外的吸收更大(約0.5倍)，KCNSH晶體作為紫外通帶濾波器的效果更好，可以獲得更純的紫外光源，KCNSH的熱穩(wěn)定性優(yōu)于NSH晶體，這對濾波器元件的加工制作和拓寬應用溫度范圍都有利。


圖1KCNSH分子結構(M為Ni2+和Co2+)；圖2KCNSH晶體單胞結構；
圖3KCNSH與KNSH晶體透過光譜。
具體實施例方式
原料采用國產分析純的K2SO4，NiSO4·6H2O和CoSO4·7H2O試劑，摩爾比為1∶1∶0.3溶于二次蒸餾水。
飽和溶液的配制將上述原料配制成55℃、500ml的飽和溶液，溶液為棕綠色，PH＝5.5。用0.15um的微孔濾膜過濾，在60℃過熱溶液10小時后自然降溫到58℃恒溫待放籽晶。
KCNSH晶體生長選用口徑為7cm，體積為500ml的玻璃廣口瓶作為生長容器。在可見光燈下溶液透明，可用溶液降溫法實時觀察和控制，采用自發(fā)結晶2mm深綠色小晶體為籽晶在溶液中降溫生長，溫度控制精度為±0.01℃，晶體正反向轉速為30轉/分，平均降溫量為0.2℃/天，經過10天的生長周期得到1.5cm長的暗綠色KCNSH單z晶。
權利要求
1.一種用于紫外光通帶濾波器的六水硫酸鎳鈷鉀晶體，其特征在于，該晶體的分子式為K2Co0.1Ni0.9(SO4)2·6H2O，分子量為437.15，屬單斜晶系空間群P2(1)/c，晶胞參數(shù)a＝6.1390(3)，b＝12.1839(6)，c＝9.0095(4)，α＝γ＝90°，β＝105.062(2)°，V＝650.74(5)3，Z＝2，DC＝2.231g/cm3。
2.一種權利要求1的六水硫酸鎳鈷鉀晶體的生長方法，其特征在于采用溶液降溫法生長。
3.如權利要求2所述的生長方法，其特征在于所述的溶液降溫法中生長起始溫度在50～70℃范圍，生長溶液PH為5～5.5，控溫精度為±0.01℃，晶體正反向轉速30～60轉/分，生長速度為1～3mm/day。
4.一種權利要求1的六水硫酸鎳鈷鉀晶體的用途，其特征在于該晶體用于紫外光通帶濾波器。
全文摘要
用于紫外光通帶濾波器的六水硫酸鎳鈷鉀晶體涉及光學與人工晶體材料。該晶體的分子式為K
文檔編號C30B29/46GK1982510SQ20051013427
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權日2005年12月16日
發(fā)明者蘇根博, 莊欣欣, 賀友平, 鄭國宗 申請人:中國科學院福建物質結構研究所