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新疆理化所深紫外雙折射晶體的研究獲進(jìn)展

儀表研發(fā) 2022年05月18日 09:32:00來源:新疆理化技術(shù)研究所 13767
摘要近日,中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所提出羥基化的平面型π共軛的[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]可作為一種高效的雙折射活性基團(tuán)用于設(shè)計(jì)深紫外雙折射晶體材料。

  【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】雙折射晶體在光通信和激光工業(yè)中對偏振光的調(diào)制起到重要作用。目前,有數(shù)種雙折射晶體已商業(yè)化應(yīng)用,但可應(yīng)用于深紫外波段的雙折射晶體有限,深紫外雙折射晶體的發(fā)展面臨挑戰(zhàn)。
 
  通常實(shí)現(xiàn)晶體大雙折射的方法主要有:金屬陽離子增益(引入易產(chǎn)生二階Jahn-Teller效應(yīng)和高極化的d10金屬陽離子等)和功能陰離子基團(tuán)增益(引入具有大的極化率各向異性的平面型功能基團(tuán),如[BO3]、[B3O6]、[CO3]、[NO3]等)。其中,硼酸鹽具有短的紫外截止邊,在深紫外區(qū)透過有獨(dú)特優(yōu)勢,因此聚焦硼酸鹽基雙折射晶體材料和尋找新的性能優(yōu)異的硼酸鹽功能基團(tuán)對設(shè)計(jì)和發(fā)展深紫外雙折射晶體具有重要意義。
 
  中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所新型光電功能晶體材料團(tuán)隊(duì)致力于硼酸鹽新型紫外、深紫外光學(xué)晶體的研究。近日,該團(tuán)隊(duì)提出羥基化的平面型π共軛的[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]可作為一種高效的雙折射活性基團(tuán)用于設(shè)計(jì)深紫外雙折射晶體材料。
 
  研究將氫原子引入到[BO3]和[B3O6]基團(tuán)中,有利于消除[BO3]和[B3O6]基團(tuán)中終端氧原子的非鍵態(tài),增大HOMO-LUMO帶隙;羥基的引入使[BO3]和[B3O6]基團(tuán)中離域π軌道上的π電子更加彌散,有利于增大微觀基團(tuán)的極化率各向異性;[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]基團(tuán)作為中性分子具有相似的配位環(huán)境和空間構(gòu)型,有利于它們在結(jié)構(gòu)構(gòu)筑中呈現(xiàn)自由靈活的組裝模型。
 
  基于該功能基團(tuán)通過合理設(shè)計(jì)與組裝,該團(tuán)隊(duì)首次合成了四例新的羥基硼酸鹽——Cs3[B(OH)3]2Cl3 (CBHC-I)、CsB3O3(OH)3Cl (CBHC-II)、Cs[B(OH)3][B3O3(OH)3]Cl (CBHC-III)和Rb3[B(OH)3][B3O3(OH)3]2Cl3 (RBHC)。在它們的結(jié)構(gòu)中,[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]功能基團(tuán)都呈現(xiàn)出非常一致的共平面排列,有利于產(chǎn)生大的雙折射率(0.057-0.123@532 nm)。此外,這些化合物采用傳統(tǒng)的水溶液法制備,合成條件溫和(溶劑揮發(fā)法,低于80 oC),并表現(xiàn)出短的深紫外截止邊(180 nm)。研究表明,基于π共軛的[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]功能基團(tuán)的靈活組裝為設(shè)計(jì)合成新的深紫外雙折射晶體材料提供了新思路。
 
  相關(guān)研究成果以VIP(Very Important Paper)的形式,發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、國家自然科學(xué)基金、新疆維吾爾自治區(qū)重大專項(xiàng)等的支持。
 
  圖1.[BO3]、[B(OH)3]、[B3O6]和[B3O3(OH)3]基團(tuán)的極化率各向異性和HOMO-LUMO帶隙
 
圖2.CBHC-I、CBHC-II、CBHC-III和RBHC的晶體結(jié)構(gòu)

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