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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)與人工晶體材料。
背景技術(shù)：
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(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，已廣泛用于光譜、激光技術(shù)。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(jiǎn)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(duì)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(dāng)部分的透過率，而對(duì)需要純紫外光源的應(yīng)用，要求晶體對(duì)可見光盡可能多地過濾。2003年國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理我所申報(bào)的發(fā)明專利(申請(qǐng)?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(jiǎn)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(zhǎng)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(chǎng)，因此只能自發(fā)結(jié)晶，很難控制和獲取可用尺寸的完整單晶。

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KNSH與NSH晶體具有的紫外波段(～254nm)的高透過率又可提高對(duì)可見光(450～600nm)的濾波功能，更重要的是能在飽和溶液中實(shí)時(shí)觀察和控制，實(shí)現(xiàn)溶液降溫法晶體生長(zhǎng)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下1.KCNSH的合成K2Co0.1Ni0.9·6H2O(六水硫酸鎳鈷鉀，簡(jiǎn)稱KCNSH)的合成方法是采用國(guó)產(chǎn)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(jié)晶，其復(fù)合反應(yīng)表示式為K2SO4+NiSO4·6H2O+CoSO4·7H2O→K2CoxNi(1-x)(SO4)2·6H2O+H2O反應(yīng)的透明結(jié)晶用等離子體原子發(fā)射光譜分析測(cè)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(jié)構(gòu)用CAD-4型X射線衍射儀測(cè)定，確定該晶體的化學(xué)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(jié)構(gòu)和單晶結(jié)構(gòu)見圖1和圖2(M為Ni2+和Co2+)。
3.晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)，我們采用水溶液降溫法生長(zhǎng)KCNSH晶體。
(1)晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)度)的玻璃晶體生長(zhǎng)容器，可見光下可進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和控制晶體在溶液的生長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)。
(2)降溫法生長(zhǎng)KCNSH晶體采用飽和溶液中自發(fā)結(jié)晶透明完整晶體作為籽晶，粘合固定在有機(jī)玻璃晶架上。經(jīng)過預(yù)熱后在高于飽和溫度1～3℃時(shí)將籽晶移入飽和溶液中降溫生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溶液的溫度控制精度為±0.01℃，晶體正反向轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30～60轉(zhuǎn)/分，通過降溫量控制晶體的平均生長(zhǎng)速度為1～3mm/day。
4.KCNSH晶體的透過光譜用PE-Lambda900分光光度計(jì)，測(cè)量波長(zhǎng)從紫外190nm到近紅外1200nm。測(cè)試樣品為KCNSH和KNSH晶體，經(jīng)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(qiáng)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(duì)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(duì)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(xué)穩(wěn)定性用DELTA SERIES TGA7熱分析儀測(cè)量KCNSH晶體的熱重曲線，結(jié)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(shù)相比所具有的有益效果與目前廣泛應(yīng)用的紫外濾波NSH晶體和美國(guó)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(duì)濾波器元件的加工制作和拓寬應(yīng)用溫度范圍都有利。


圖1KCNSH分子結(jié)構(gòu)(M為Ni2+和Co2+)；圖2KCNSH晶體單胞結(jié)構(gòu)；
圖3KCNSH與KNSH晶體透過光譜。
具體實(shí)施例方式
原料采用國(guó)產(chǎn)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(shí)后自然降溫到58℃恒溫待放籽晶。
KCNSH晶體生長(zhǎng)選用口徑為7cm，體積為500ml的玻璃廣口瓶作為生長(zhǎng)容器。在可見光燈下溶液透明，可用溶液降溫法實(shí)時(shí)觀察和控制，采用自發(fā)結(jié)晶2mm深綠色小晶體為籽晶在溶液中降溫生長(zhǎng)，溫度控制精度為±0.01℃，晶體正反向轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，平均降溫量為0.2℃/天，經(jīng)過10天的生長(zhǎng)周期得到1.5cm長(zhǎng)的暗綠色KCNSH單z晶。
權(quán)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(quán)利要求1的六水硫酸鎳鈷鉀晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于采用溶液降溫法生長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于所述的溶液降溫法中生長(zhǎng)起始溫度在50～70℃范圍，生長(zhǎng)溶液PH為5～5.5，控溫精度為±0.01℃，晶體正反向轉(zhuǎn)速30～60轉(zhuǎn)/分，生長(zhǎng)速度為1～3mm/day。
4.一種權(quán)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(xué)與人工晶體材料。該晶體的分子式為K
文檔編號(hào)C30B29/46GK1982510SQ20051013427
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者蘇根博, 莊欣欣, 賀友平, 鄭國(guó)宗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所