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LiB3O5晶体生长基础问题研究获系列进展
文章来源: 张树杰 发布时间: 2017-10-12

  LiB3O5晶体是由中国人创制的、享誉世界的非线性光学材料。从本世纪初开始,俄罗斯、中国、美国等晶体强国均加大投入,希望获得大尺寸、高品质的LiB3O5晶体,以满足强激光变频的需求,最终在激光核聚变和高能物理等重要领域获得应用。但是,与LiB3O5晶体生长相关的诸多基础科学问题仍未得到很好解决。 

  中科院合肥研究院安徽光机所万松明研究员及其团队与上海大学尤静林教授等人合作,经过多年努力,创建了基于高温拉曼实验技术和密度泛函理论计算方法的复杂熔体结构分析新方法。在此基础之上,开展了与LiB3O5晶体生长相关的相变、熔体结构和晶体生长机理研究,揭示了LiB3O5晶体生长一系列实验现象背后的科学内涵:

  (1)研究了LiB3O5晶体固液相变过程中的结构转变,首次发现LiB3O5晶体融化过程中不仅存在热力学平衡产物Li3B7O12,也存在动力学中间产物Li2B4O7。在相变温度附近硼氧基团首先从三维的B3O3Ø4(Ø为桥氧原子)网络结构分解为B4O5Ø4和B2O3,再最终转化成一维的B3O4Ø2链状结构(见图1)。成功解释了LiB3O5熔体所特有的结构记忆效应(CrystEngComm 2015, 17, 9357−9362;J. Cryst. Growth 2016, 435, 1−5)。(2)研究了Li2O−B2O3赝二元体系熔体的组成与结构之间的关系,创建了完整的硼酸锂熔体结构谱系,阐明了LiB3O5晶体生长熔体(以B2O3为助熔剂)具有高粘度以及粘度反常现象的结构原因,深化了对LiB3O5晶体生长微观过程的认识(Inorg. Chem. 2016, 55, 7098−7102;CrystEngComm 2017, 19, 5721−5726,封面文章,见图2)。(3)详细研究了Li2Mo2O7、Li2Mo3O10熔体的Raman光谱特征,根据Li2Mo3O10熔体(另一种助熔剂)溶解LiB3O5晶体过程中的光谱变化,首次发现在高温下Mo3O102−基团与LiB3O5晶体作用发生取代反应,生成了MoO3·B3O4Ø2−配合物中间体和Mo2O72−基团(见图3)。MoO3·B3O4Ø2配合物中间体是理解LiB3O5晶体生长微观过程的关键(Inorg. Chem. 2017, 56, 3623−3630)。 

  上述研究为认识和分析高温体系晶体生长现象,研究熔盐法晶体生长的助熔剂的作用机理及精准选择助熔剂提供了新方法,有望推动熔盐法晶体生长科学和技术的进步。研究工作得到了国家自然科学基金的支持。 

  文章链接: 

  http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ce/c7ce01131h 

  http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ce/c5ce01873k 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022024815006703 

  http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.6b01020 

  http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.7b00041 

 

 

 

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