專利名稱：一種用于紫外光通帶濾波器的十二水硫酸鎳鈷晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)與人工晶體材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
使用晶體通帶濾波器可使特殊的光譜波長(zhǎng)全部通過(guò)而將其他波長(zhǎng)的光隔離，作為晶體通帶濾波器必需具有通過(guò)光譜呈不連續(xù)的特征，使通過(guò)的光波段具有很高的透過(guò)率和窄的帶寬而其它波段的光被強(qiáng)烈吸收。六水硫酸鎳(NiSO4·6H2O簡(jiǎn)稱NSH)晶體是一種優(yōu)良的紫外濾波晶體材料，已廣泛應(yīng)用于光譜、激光技術(shù)作為紫外通帶濾波器和傳感器(Norsingh et.al.crystalfor ultraviolet light filter united states patent 5788765，Aug，4，1998)。NSH晶體在紫外波段(254nm)附近有很高的透過(guò)率(88～90％)，雖然對(duì)大部分可見(jiàn)光和近紅外有濾波作用，但在450～600nm范圍仍有部分透過(guò)率，這對(duì)于需要純紫外光源的應(yīng)用如熒光分析用的紫外光源(波長(zhǎng)254nm)就要求將可見(jiàn)光全部過(guò)濾。
根據(jù)分子組成、晶體結(jié)構(gòu)與紫外-近紅外光譜性能的分析研究，我們?cè)O(shè)計(jì)一種新的紫外光通帶濾波器晶體材料——十二水硫酸鎳鈷CoNi(SO4)2·12H2O(簡(jiǎn)稱CNSH)。這是一種新的復(fù)合絡(luò)合物，目前國(guó)內(nèi)外尚未有該化合物的合成、晶體生長(zhǎng)、晶體結(jié)構(gòu)光譜性能與應(yīng)用等報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)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NSH晶體具有的紫外波段(～254nm)高的透過(guò)率又可增加對(duì)可見(jiàn)光(450～600nm)的吸收，達(dá)到完全隔離可見(jiàn)光獲得純的紫外光源的目的。
實(shí)現(xiàn)該發(fā)明的技術(shù)方案如下1.晶體材料的化學(xué)式為CoNi(SO4)2·12H2O(十二水硫酸鎳鈷，簡(jiǎn)稱CNSH)。CNSH的合成方法采用國(guó)產(chǎn)分析純摩爾比1∶1的CoSO4·7H2O和NiSO4·6H2O試劑在二次蒸餾水中加熱攪拌溶解后冷卻得到棕色透明的CNSH結(jié)晶。其復(fù)合反應(yīng)式為
2.CNSH晶體結(jié)構(gòu)用CAD—4型X射線四圓衍射儀測(cè)定，確定該晶體的化學(xué)式為所設(shè)計(jì)合成的CoNi(SO4)2·12H2O，分子量為525.95，屬單斜晶系，空間群為P2/c，晶胞參數(shù)a＝9.966(2)，b＝7.2265(4)，c＝24.218(5)，β＝98.32(3)°，V＝1725.9(6)3，z＝4，Dc＝2.024g/cm3，CNSH的分子結(jié)構(gòu)和單晶結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1和圖2。
3.CNSH晶體的生長(zhǎng)方法CNSH在水中的溶解實(shí)驗(yàn)表明溶解度和溶解溫度系數(shù)較大，可用水溶液蒸發(fā)法或降溫法生長(zhǎng)CNSH晶體，我們采用降溫法生長(zhǎng)CNSH晶體。
(1)CNSH晶體生長(zhǎng)溶液配制按1，合成棕色透明的CNSH結(jié)晶用二次蒸餾重結(jié)晶，烘干后作為晶體生長(zhǎng)的原料，配制飽和度在50～40℃1000～500ml體積的飽和溶液，經(jīng)過(guò)0.25μm孔徑的濾膜過(guò)濾，在高于過(guò)飽和度5～10℃過(guò)熱溶液后緩慢降到高于飽和點(diǎn)1～2℃的溫度，溶液的PH范圍在3.9～4.1。
(2)降溫法生長(zhǎng)CNSH晶體采用飽和溶液中自發(fā)結(jié)晶的透明完整晶體作為籽晶，在50～40℃預(yù)熱后放入(1)中配制的CNSH飽和溶液中進(jìn)行生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溶液的溫度控制精度在0.01～0.02℃，晶體的正反轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30～60轉(zhuǎn)/分。通過(guò)生長(zhǎng)溶液降溫量控制晶體的生長(zhǎng)速度，約1～3mm/day。當(dāng)晶體生長(zhǎng)到所要求的尺寸后將晶體提出液面，通過(guò)自然降溫退火到室溫后取出。
4.CNSH晶體的透過(guò)光譜用PE-Lambda900分光光度計(jì)測(cè)量，波長(zhǎng)范圍從紫外190nm到近紅外1200nm，測(cè)試樣品為CNSH和NSH晶體分別溶解于二次蒸餾水中，濃度都為0.25mol的溶液，從溶液透過(guò)光譜(見(jiàn)圖3)可看到它們?cè)?54nm紫外區(qū)具有很高的透過(guò)率和窄的透過(guò)波段，相比NSH在可見(jiàn)光(500nm)附近和近紅外(900nm)附近還有二個(gè)小透過(guò)峰，CNSH在可見(jiàn)到紅外區(qū)域基本沒(méi)有透過(guò)峰出現(xiàn)，這說(shuō)明CNSH晶體對(duì)可見(jiàn)和紅外的光吸收效果比NSH好，更適合作為紫外通帶濾波器。
5.CNSH晶體的熱重分析用DELTA SERIES TGA7熱重分析儀測(cè)量CNSH和NSH晶體的熱重曲線，測(cè)量結(jié)果CNSH和NSH的開(kāi)始脫水溫度分別為84.74℃和73.03℃，說(shuō)明CNSH晶體的熱穩(wěn)定性優(yōu)于NSH晶體。
該發(fā)明與背景技術(shù)相比所具有的有益效果是與目前廣泛應(yīng)用的紫外光濾波器材料NSH晶體相比，CNSH從可見(jiàn)到近紅外光區(qū)的吸收大于NSH晶體，作為紫外帶通濾波器的效果比NSH晶體效果更好，可以獲得更純的紫外光源，CNSH晶體的熱穩(wěn)定性優(yōu)于NSH晶體，這對(duì)濾波器元件的加工制作和應(yīng)用都有利。


圖1是CNSH分子結(jié)構(gòu)；圖2是CNSH晶體的單胞結(jié)構(gòu)；圖3是NSH和CNSH的透過(guò)光譜比較，其中1為NSH，2為CNSH。
具體實(shí)施例方式
1.原料采用國(guó)產(chǎn)分析純的CoSO4·7H2O和NiSO4·6H2O克分子比1∶1，溶解于二次蒸餾水，降溫獲得棕色透明的CNSH結(jié)晶作為CNSH晶體生長(zhǎng)的原料。
2.飽和溶液的配制將上述原料配制500ml飽和溫度為45℃的飽和溶液，PH為3.95，用0.25μm的微孔濾膜過(guò)濾溶液，在55℃過(guò)熱溶液10小時(shí)后自然降溫到46℃。
3.CNSH晶體的生長(zhǎng)采用降溫法生長(zhǎng)CNSH晶體，用自發(fā)結(jié)晶5mm大小的棕色晶體為籽晶，在上述過(guò)飽和溶液中通過(guò)控制溶液的降溫量控制晶體的生長(zhǎng)速度約2mm/天，溫度控制精度為±0.01℃，晶體的正反轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30轉(zhuǎn)/分。經(jīng)過(guò)15天生長(zhǎng)周期得到2.5cm的棕色晶體，該晶體溶于水。
權(quán)利要求
1.一種用于紫外光通帶濾波器的十二水硫酸鎳鈷晶體，其特征在于，該晶體的分子式為CoNi(SO4)2·12H2O，分子量為525.95，屬單斜晶系，空間群P2/c，晶胞參數(shù)a＝9.966(2)、b＝7.2265(4)、c＝24.218(5)，β＝98.32(3)°，V＝1725.9(6)3，z＝4，Dc＝2.024g/cm3，晶體為棕色，溶于水。
2.一種權(quán)利要求1的十二水硫酸鎳鈷晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于，(1)生長(zhǎng)溶液的配制是采用分析純摩爾比為1∶1的CoSO4·7H2O和NiSO4·6H2O作為原料在水中進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)合成的；(2)生長(zhǎng)籽晶是按(1)中配制的飽和溶液采用自發(fā)結(jié)晶獲得的；(3)晶體采用溶液降溫法進(jìn)行生長(zhǎng)，生長(zhǎng)起始溫度在40～50℃范圍之間，生長(zhǎng)溶液的PH值為3.9～4.1，晶體平均生長(zhǎng)速度通過(guò)降溫量控制在1～3mm/天，溫度控制精度為0.01～0.02℃，晶體的正反轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30～60轉(zhuǎn)/分。
3.一種權(quán)利要求1的十二水硫酸鎳鈷晶體的應(yīng)用，其特征在于，該晶體用于紫外光通帶濾波器，特別是用于獲取純紫外光源的濾波器件。
全文摘要
一種用于紫外光通帶濾波器的十二水硫酸鎳鈷晶體，涉及光學(xué)與人工晶體材料領(lǐng)域。該晶體的分子式為CoNi(SO
文檔編號(hào)C30B7/00GK1580335SQ0315418
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2003年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月15日
發(fā)明者莊欣欣, 蘇根博, 賀友平, 李征東, 李國(guó)輝, 馬錦波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所