一种新型β相硫磷铅双折射晶体及其制备方法和应用

本发明属于材料合成，具体涉及一种新型β相硫磷铅双折射晶体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、双折射现象是指一束光通过某种特殊的光学晶体时，其会分成两束不同的折射光，产生该效应的原因是由于晶体自身结构的各向异性。产生双折射效应的本质是，光在具有各向异性特征的晶体中传播时，在特殊方向上，会改变其振动特点，将其分解为两个电场振动方向垂直，传播速度和折射率不同的两束偏振光，将产生该现象的晶体称作双折射晶体。双折射效应是光电功能材料领域十分重要的性能指标，利用该效应可以实现对光的偏振态进行调制，从而得到线偏振光，实现光束的位移等。通过双折射晶体可以制作光隔离器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等光学器件的关键材料。

2、目前较为常见的双折射晶体主要包括有tio2晶体、linbo3晶体、caco3晶体、mgf2晶体以及yvo4晶体等。mgf2晶体具有较好的透过范围(110-8500nm)，是一种可以用于深紫外波段的双折射晶体，但是不足的地方是其双折射率较小，并且光束分离角小，器件较大，不利于携带使用。yvo4晶体是通过人工合成制备的，但是生长过程中元素存在变价，因而容易造成晶体开裂等缺陷，影响晶体的质量。tio2晶体是一种双折射率较大的材料，但是其单晶硬度较大，加工制备成本较高。

3、随着社会的进步，人们对于双折射晶体的需求越来越高，对其质量要求也越来越高。因此，发展具有优异性能的新型双折射晶体仍是一个需要解决的问题。同时，目前研究的新型双折射晶体主要集中于氧化物，但是它们在具有重要应用价值的中远红外波段具有强烈的吸收，使其无法应用于中远红外光区。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种新型β相硫磷铅双折射晶体及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种新型β相硫磷铅双折射晶体，所述新型β相硫磷铅双折射晶体的结构式为β-pb3p2s8，相对分子量为939.99，属于正交中心对称空间群pbcn，晶胞参数为：α＝γ＝β＝90°，z＝4；所述新型β相硫磷铅双折射晶体的晶体结构为：结构中pb含有2个不同的晶体学位点，p含有1个晶体学位点，s含有4个晶体学位点：其中，pb(1)原子和pb(2)原子分别与s原子形成[pb(1)s7]五角双锥和[pb(2)s8]十二面体，p原子与s原子形成[ps4]四面体，各个多面体之间通过共用顶点或共边的方式连接形成三维的空间结构，该三维的空间结构中的多面体沿b轴方向排列，形成了各向异性的结构。

4、一种新型β相硫磷铅双折射晶体的制备方法，具体包括以下步骤：

5、s1、准备原料，原料包括pb条、cu粒、p块和s粒；

6、s2、按照原子比为1：1：1：4分别称取pb条、cu粒、p块和s粒，并倒入烘干后的石英管中，抽真空后用氢氧焰密封石英管；

7、s3、在马弗炉中进行高温固相反应，得到新型β相硫磷铅双折射晶体。

8、优选地，步骤s3中所述固相反应的过程为：10个小时将温度升至400℃，在400℃下保温6小时，然后10小时内升至900℃，保温48小时，最后在72小时内降至350℃，关闭马弗炉，冷却至室温，获得新型β相硫磷铅双折射晶体。

9、一种新型β相硫磷铅双折射晶体的应用，所述新型β相硫磷铅双折射晶体作为中红外功能材料，应用于偏光棱镜、相位延迟器件及电光调制器件。

10、采用上述技术方案后，本发明具有如下有益效果：

11、本发明制得的β-pb3p2s8晶体因属于硫属化合物，在红外波段的透过率高，具有比氧化物更宽的红外透过范围，可以作为中红外功能材料。本发明制得的β-pb3p2s8晶体具有较大的双折射率，能够作为双折射晶体材料。

技术特征：

1.一种新型β相硫磷铅双折射晶体，其特征在于：所述新型β相硫磷铅双折射晶体的结构式为β-pb3p2s8，相对分子量为939.99，属于正交中心对称空间群pbcn，晶胞参数为：α＝γ＝β＝90°，z＝4；所述新型β相硫磷铅双折射晶体的晶体结构为：结构中pb含有2个不同的晶体学位点，p含有1个晶体学位点，s含有4个晶体学位点：其中，pb(1)原子和pb(2)原子分别与s原子形成[pb(1)s7]五角双锥和[pb(2)s8]十二面体，p原子与s原子形成[ps4]四面体，各个多面体之间通过共用顶点或共边的方式连接形成三维的空间结构，该三维的空间结构中的多面体沿b轴方向排列，形成了各向异性的结构。

2.一种如权利要求1所述的新型β相硫磷铅双折射晶体的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的一种新型β相硫磷铅双折射晶体的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述固相反应的过程为：10个小时将温度升至400℃，在400℃下保温6小时，然后10小时内升至900℃，保温48小时，最后在72小时内降至350℃，关闭马弗炉，冷却至室温，获得新型β相硫磷铅双折射晶体。

4.一种如权利要求1所述的新型β相硫磷铅双折射晶体的应用，其特征在于：所述新型β相硫磷铅双折射晶体作为中红外功能材料，应用于偏光棱镜、相位延迟器件及电光调制器件。

技术总结
本发明提供一种新型β相硫磷铅双折射晶体及其制备方法和应用，所述新型β相硫磷铅双折射晶体的结构式为β‑Pb<subgt;3</subgt;P<subgt;2</subgt;S<subgt;8</subgt;，相对分子量为939.99，属于正交中心对称空间群Pbcn，晶胞参数为：α＝γ＝β＝90°，Z＝4；所述新型β相硫磷铅双折射晶体的晶体结构为：结构中Pb含有2个不同的晶体学位点，P含有1个晶体学位点，S含有4个晶体学位点：其中，Pb(1)原子和Pb(2)原子分别与S原子形成[Pb(1)S<subgt;7</subgt;]五角双锥和[Pb(2)S<subgt;8</subgt;]十二面体，P原子与S原子形成[PS<subgt;4</subgt;]四面体，各个多面体之间通过共用顶点或共边的方式连接形成三维的空间结构，该三维的空间结构中的多面体沿b轴方向排列，形成了各向异性的结构；该方法制得的β‑Pb<subgt;3</subgt;P<subgt;2</subgt;S<subgt;8</subgt;晶体具有较大的双折射率，可作为中红外功能材料。

技术研发人员：罗中箴,郭卫平,夏志华,崔洪花,李凌云,邹志刚
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17