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随着激光技术和半导体技术的发展,对功能晶体材料提出了各种各样新的要求,对现有的晶体的质量要求也越来越高。因此,现在除了对已有的功能晶体设法继续提高质量或掺质改性外,研究功能晶体的组成,结构与性能间相互关系,探索寻找新型功能晶体始终是一个热门课题。
本论文采用高温溶液法探索新型硼酸盐晶体,主要合成了两种新型的硼酸盐晶体Pb6B2WO12和Pb2Bi2AlB3O11,并通过单晶衍射对它们的结构进行了解析。同时,在对Pb2Bi2AlB3O11化合物中铅离子的元素替代实验中发现了一个新的四元系硼酸盐化合物,Sr18Bi3.14Al2.86B18O54。解析了其单晶结构。
此外,在对KF-NaF-Nb2O5体系的研究中,获得了化合物K2NaNbO2F4可用于结构解析的单晶,解析了其单晶结构。
1.Pb6B2WO12化合物。在PbO-Bi2O3-WO3-H3BO3体系中,在Bi2O3:PbO:WO3:H3BO3=3:12:2:2(摩尔比)时,其单晶通过缓慢降温法可以得到。单晶结构解析的结果表明,Pb6B2WO12结晶于正交晶系,空间群为Cmcm(No.63),晶胞参数:a=18.4904(5)(A),b=6.35980(10)(?),c=11.6789(2)(A),Z=4。Pb6B2WO12的结构由(?)(Pb3O)4+链通过BO3基团形成2(?)[(Pb3O)(BO3)]+层,该铅硼氧层与WO4基团交替排列,通过长的Pb-O键[2.74(2)-2.79(1)(?)]相互连接形成。Pb6B2WO12的红外光谱研究证实了分子中含有BO3基团。对Pb6B2WO12化合物的热分析表明,该化合物为一同成分熔融化合物,熔点为749℃。
2.Pb2Bi2AlB3O11化合物。在PbO-Bi2O3-Al2O3-H3BO3体系中,PbO:Bi2O3:Al2O3:H3BO3:PbF2=2:1:1:2:1(摩尔比)时,其单晶通过缓慢降温法可以得到。单晶结构解析的结果表明,Pb2Bi2AlB3O11结晶于单斜晶系,空间群为C2/c(No.15),晶胞参数:a=17.263(2)(?),b=8.7322(11)(A),c=6.8081(9)(?),β=90.566°,Z=4。该化合物呈现为一个三维网络状结构,由OPb2BiAl四面体通过共享顶点形成的[Pb6Bi6Al3O6]∞层与BO3基团所构成。Pb2Bi2AlB3O11的红外光谱研究证实了分子中含有BO3基团。对Pb2Bi2AlB3O11化合物的热分析表明,该化合物为一同成分熔融化合物,熔点为693℃。
对Pb2Bi2AlB3O11化合物中的二价铅离子用Mg2+,Ca2+,Sr2+,Ba2+,Cd2+,Zn2+,Cu2+进行的替代实验表明。在SrCO3-Bi2O3-Al2O3-H3BO3体系中,存在一个新的四元系硼酸盐化合物,Sr18Bi3.14Al2.86B18O54。该化合物结晶于三方晶系,空间群为R3(No.148),a=12.2577(13)(?),b=12.2577(13)(?),c=9.1387(13)(A)。
3.K2NaNbO2F4化合物。采用高温溶液法,在KF·2H2O-NaF-Nb2O5-NH4F体系中,KF·2H2O;NaF:.Nb2O5:NH4F=2:2:1:10(摩尔比)时,其单晶通过高温溶液法可以得到。单晶结构解析的结果表明,K2NaNbO2F4为立方晶系,空间群为Fm3m(No.225),晶胞参数:a=8.4726(4)(?),Z=4。该化合物由(010)方向的[Na2Nb2O4F8]∞层堆砌形成三维网络结构,层与层之间通过共享O原子或者F原子进行连接。此外,在K2NaNbO2F4的结构中形成了一个少见的[NbO2F4]3-阴离子基团。K2NaNbO2F4的红外光谱研究证实了分子中存在NbO2基团和NbF4基团。对K2NaNbO2F4化合物的热分析表明,该化合物为一非同成分熔融化合物,分解温度为899℃。