本发明属于材料科学技术领域，尤其是涉及冷等离子体着色碱卤晶体的方法。
背景技术：
碱卤晶体是一种良好的光学材料，而经过加热、辐照等方法产生的碱卤色心晶体在光学非线性和光电子等方面均具有良好的光学性能，因此受到了人们的广泛关注。对于碱卤晶体变色现象的研究最初始于将氯化钠晶体置于钠蒸汽中加热处理后，原来无色透明的晶体变为了红色。20世纪20年代以后，通过对于碱卤晶体的赋色、颜色变化、光化学反应、光电导和光吸收谱等系统的实验研究，最早提出了色心(f心)理论，碱卤晶体形成离子空位，由于卤素离子空位带正电荷，能够俘获一个电子，就可以形成一个色心，从而原来透明的晶体就显现出颜色，实现碱卤晶体着色。
带有色心的碱卤化物晶体是制作可调谐激光器的材料，色心激光器有可能成为一种有实用价值的激光技术，另外，人为控制的色心材料在诸如半导体、发光和光电导等许多技术领域中有着广泛的应用；而且，利用某些色心所具有的偏振光吸收二色性的特性，色心晶体在光信息储存材料也有很大的应用前景；另一方面，色心作为一种负离子空位缺陷，也有可能会在新材料领域产生更多新的用途。
目前，碱卤晶体着色主要有附加着色和辐照着色等方式，其中辐照的方式参看以下专利的内容：
1.中国专利cn102828252a报道了一种利用飞秒激光在kcl晶体中空间选择性地着色的方法，其将切割并抛光好的kcl晶体放在由计算机控制的三维移动平台上，再利用显微物镜把飞秒激光器发出的飞秒激光聚焦到kcl晶体的内部，再用计算机程序控制三维平台的移动，从而控制kcl晶体的色心的轮廓和位置，实现空间选择性地着色。
2.中国专利cn1571226a报道了一种在kbr晶体中制作色心可饱和吸收体的方法，其先将kbr晶体切割成1mm厚的薄晶体片，然后进行抛光，在飞秒激光的辐照下，利用步进电机慢慢移动晶体，最后在晶体上形成长宽高分别为10μm的辐照体。体中的晶体由于飞秒激光的辐照作用，形成大量的f2+心，f2+心在1.54μm左右有较强的吸收，其能级结构适于做饱和吸收体，以实现微区的自调q激光输出。本发明利用飞秒激光在kbr晶体中制作色心可饱和吸收体的方法简单、可以实现微米级的微区饱和吸收体的制作，尺寸准确，易于操作。
3.中国专利cn104303379a报道了基于碱卤化物色心晶体的中红外体布拉格光栅，其通过在碱卤化物晶体内形成多个色心，并选择性地去除多个色心的子集而在中红外光谱区域内产生碱卤化物晶体的折射率的改变，从而制造出工作在中红外光谱范围的体布拉格光栅。
4.中国专利cn101089237a报道了一种飞秒激光诱导制备氯铅化钾色心激光晶体和波导晶体材料，其采用飞秒激光诱导色心，实现近红外或2500nm～5000nm的中红外激光输出。波导晶体材料采用飞秒激光诱导，形成有大量f2色心的微米线，在fs激光的高温高压下形成了折射率四周高而中间低的光波导材料。把kpb2cl5光波导和kpb2cl5激光功能色心结合起来可以制成微米色心激光器，有望在kpb2cl5晶体中实现光波的传输、激光振荡和光放大。
无论上述哪种方案均有各自的缺陷和不足，如附加着色法需要高温条件，对离子浓度、扩散温度必须精确控制，对操作要求很高；辐照法通过x射线或γ射线进行轰击，对晶体内部结构会产生一定的破坏，而且反应装置复杂，且较难得到均匀的着色碱卤色心晶体。除此之外，现有技术还存在反应时间长、耗能高等缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供装置简单、操作方便、环境友好、着色效率高的一种冷等离子体着色碱卤晶体的方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种利用冷等离子体着色碱卤晶体的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将碱卤化物晶体置于等离子体发生装置的两个电极之间；
(2)通入等离子放电气体；
(3)在两个电极上施加电压，等离子体产生且其中的高能电子对碱卤化物晶体表面进行轰击，一段时间后，将产物取出，完成后处理并得到着色的成品。
进一步的，所述碱卤化物晶体为nacl或kcl中的任意一种，其形状为粉末或片状物。
进一步的，所述等离子体放电气体为空气、氩气或氧气中的任意一种或任意两种的混合气或三种的混合气。
进一步的，等离子放电过程中，发生装置内保持常压。
进一步的，所述等离子体形式为辉光放电等离子体或介质阻挡放电等离子体或电晕放电等离子体。
进一步的，所述电压为300-1000v的直流或交流电压，所述轰击时间为10-60分钟。
进一步的，所述的后处理过程包括洗涤和干燥。
进一步的，所述洗涤使用无水乙醇或丙酮进行多次清洗。
进一步的，所述干燥在30-60℃下进行，时间2-6小时。
本发明的优点和有益效果是：
1.本方法中，电压等级较低，产生的等离子体属于冷等离子体(低温等离子体)，反应过程温度低，解决了高温使碱卤化物晶体产生自由电子的问题，反应在室温下即可以完成，操作非常简便，环境友好，与现有技术相比，将处理时间缩短为1个小时以内，效率更高。
2.本方法中，冷等离子体的处理停留在碱卤化物晶体的表面，而不会进入到碱卤化物晶体的内部，避免了现有技术中的x射线或γ射线对碱卤化物晶体内部的破坏。
3.本方法中，冷等离子体对碱卤化物晶体表面的作用均匀，着色晶体产品颜色均匀，不存在颜色梯度。
4.本发明采用的冷等离子体着色碱卤晶体的方法，整个反应过程在室温下进行，是一种低能量的处理方式，这有利于我们较为方便地对碱卤晶体色心一类的缺陷诱导进行控制。
附图说明
图1是实施例1制备的着色nacl色心晶体的xrd谱图；
图2是处理前的nacl与处理后的着色nacl色心晶体的颜色变化对比；
图3是处理后的着色kcl色心晶体表面的tem图；
图4是处理前的kcl与处理后的着色kcl色心晶体的原子力显微镜图像对比。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
一种利用冷等离子体着色碱卤晶体的方法，包括以下步骤：
(1)将碱卤化物晶体置于等离子体发生装置的两个电极之间；
(2)通入等离子放电气体；
(3)在两个电极上施加电压，等离子体产生且其中的高能电子对碱卤化物晶体表面进行轰击，一段时间后，将产物取出，完成后处理并得到着色的成品。
优选的方案是：碱卤化物晶体为nacl或kcl中的任意一种，其形状为粉末或片状物。等离子体放电气体为空气、氩气或氧气中的任意一种或任意两种的混合气或三种的混合气。等离子放电过程中，发生装置内保持常压。等离子体形式为辉光放电等离子体或介质阻挡放电等离子体或电晕放电等离子体。电压为300-1000v的直流或交流电压，轰击时间为10-60分钟。
更优选的方案是：后处理过程包括洗涤和干燥。洗涤使用无水乙醇或丙酮清洗1次。干燥在30-60℃下进行，时间2-6小时。
在等离子体处理过程中，由于高能电子具有荷质比最大、迁移速率最快的特点，其最快到达碱卤化物晶体待处理的表面，高能电子进入晶体结构内部后产生晶体缺陷，产生的负离子空位带有一个等效的正电荷，能够将自由电子束缚，形成最初的色心，由此实现了碱卤化物晶体的着色。
这一低能量的处理方式有利于我们较为方便地对碱卤晶体色心一类的缺陷诱导进行控制，在利用碱卤化物晶体来存储信息方面有很大的应用潜能。
等离子体通过改变电压、放电气氛等控制碱卤化物晶体产生缺陷，而这种缺陷会对光学性质产生明显影响，产生不同的颜色，并可以作为光储存材料。和x射线，中子束，电子束辐照等方法相比设备更为简单，操作更为方便，也更环保节能。
最终的产品的收率为100％，着色均匀，无颜色梯度，置于空气中一个月后仍然保持稳定且不变色。
实施例1
将nacl粉末置于等离子体发生装置的两个电极之间，在室温(20-30℃)下通入氧气作为放电气体，常压条件下在两电极间施加600v的交流电压，采用介质阻挡放电等离子体进行处理，处理时间为20min。
反应产物经无水乙醇清洗后，在40℃条件下干燥4小时，得到最终成品，成品的颜色为紫色，从图1的xrd谱图和图2的表观颜色分析(图2中左侧瓶体内为处理前的白色nacl粉末，图2中右侧瓶体内为处理后的紫色nacl色心晶体)，证明所得成品既是着色的nacl色心晶体。
经过原料与成品的计量比较，产品收率为100％，着色均匀，无颜色梯度，且置于空气中一个月稳定不变色。
实施例2
将nacl薄片置于等离子体发生装置的两个电极之间，在室温(20-30℃)下通入空气作为放电气体，常压条件下在两电极间施加1000v的直流电压，采用电晕放电等离子体进行处理，处理时间为60min。
反应产物经无水乙醇清洗后，在60℃条件下干燥2小时，得到最终成品，成品的颜色为棕色，从xrd谱图和表观颜色分析，证明所得成品既是棕色的nacl色心晶体。
经过原料与成品的计量比较，产品收率为100％，着色均匀，无颜色梯度，且置于空气中一个月稳定不变色。
实施例3
将nacl粉末置于等离子体发生装置的两个电极之间，在室温(20-30℃)下通入氩气作为放电气体，常压条件下在两电极间施加300v的交流电压，采用辉光放电等离子体进行处理，处理时间为10min。
反应产物经丙酮清洗后，在30℃条件下干燥6小时，得到最终成品，成品的颜色为蓝色，从xrd谱图和表观颜色分析，证明所得成品既是蓝色的nacl色心晶体。
经过原料与成品的计量比较，产品收率为100％，着色均匀，无颜色梯度，且置于空气中一个月稳定不变色。
实施例4
将kcl粉末置于等离子体发生装置的两个电极之间，在室温(20-30℃)下通入氩气和氧气的混合气作为放电气体，常压条件下在两电极间施加950v的交流电压，采用介质阻挡放电等离子体进行处理，处理时间为40min。
反应产物经丙酮清洗后，在40℃条件下干燥4小时，得到最终成品，成品的颜色为棕色，从xrd谱图和表观颜色分析，证明所得成品既是棕色的kcl色心晶体。
经过原料与成品的计量比较，产品收率为100％，着色均匀，无颜色梯度，且置于空气中一个月稳定不变色。
透射电子显微镜(tem)的图片如图3所示，处理后的kcl色心晶体表面具有许多纳米级别的小突起，推测在晶体表面形成了一定量的晶体团簇。
原子力显微镜(afm)的图片如图4所示，处理前和处理后的kcl色心晶体表面发生了明显的变化，图中的颜色深表示表面高度低，颜色浅表示表面高度高，左图为处理前且具有类似划痕的断面，但平面整体较平整，右图为处理后且表面形貌发生了显著变化，说明等离子体与表面发生了较强的相互作用
实施例5
将kcl粉末置于等离子体发生装置的两个电极之间，在室温(20-30℃)下通入氩气和氧气的混合气作为放电气体，常压条件下在两电极间施加350v的交流电压，采用介质阻挡放电等离子体进行处理，处理时间为40min。
反应产物经丙酮清洗后，在40℃条件下干燥4小时，得到最终成品，成品的颜色为蓝色，从xrd谱图和表观颜色分析，证明所得成品既是蓝色的kcl色心晶体。
经过原料与成品的计量比较，产品收率为100％，着色均匀，无颜色梯度，且置于空气中一个月稳定不变色。
实施例6
将kcl薄片置于等离子体发生装置的两个电极之间，在室温(20-30℃)下通入氩气作为放电气体，常压条件下在两电极间施加600v的交流电压，采用辉光放电等离子体进行处理，处理时间为50min。
反应产物经无水乙醇清洗后，在40℃条件下干燥5小时，得到最终成品，成品的颜色为紫色，从xrd谱图和表观颜色分析，证明所得成品既是紫色的kcl色心晶体。
经过原料与成品的计量比较，产品收率为100％，着色均匀，无颜色梯度，且置于空气中一个月稳定不变色。
实施例7
将kcl粉末置于等离子体装置的两个电极之间，在室温(20-30℃)下通入氧气作为放电气体，常压条件下在两电极间施加550v的交流电压，采用电晕放电等离子体进行处理，处理时间为30min。
反应产物经丙酮清洗后，在40℃条件下干燥6小时，得到最终成品，成品的颜色为紫色，从xrd谱图和表观颜色分析，证明所得成品既是紫色的kcl色心晶体。
经过原料与成品的计量比较，产品收率为100％，着色均匀，无颜色梯度，且置于空气中一个月稳定不变色。
本发明采用的冷等离子体着色碱卤晶体的方法，整个反应过程在室温下进行，是一种低能量的处理方式，这有利于我们较为方便地对碱卤晶体色心一类的缺陷诱导进行控制。