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硫氰酸镉锌(ZnCd(SCN)4,简称ZCTC)晶体是一种优良的双金属配合物非线性光学材料,具有非线性光学效应显著、光损伤阈值高、透过波段宽、物理化学性能稳定等特点,在压电和电光方面也有应用价值,且具有良好的紫外倍频效率,有望成为优良的紫外半导体激光倍频材料。伴随激光技术领域的快速发展,高质量的激光晶体需求持续增加,因此,对ZCTC晶体的研究有着重要的现实意义。 本文通过硫氰酸铵(NH4SCN)、硝酸镉(Cd(NO3)2·4H2O)和氯化锌(ZnCl2)在水溶液中的反应合成ZCTC原料。为避免杂质对晶体生长产生不良影响,将合成产物首先用纯水提纯,再用体积比为1∶4的水和丙酮混合溶剂重结晶,原料可以达到较高纯度。 随后,对ZCTC晶体生长溶剂和生长条件进行了研究。分别测定了ZCTC晶体在纯水、母液(NH4NO3/NH4Cl)和水/乙醇(1∶4)三种不同溶剂中的溶解度温度曲线,得出相应的溶解度温度系数。同时通过溶液电导法对ZCTC在纯水中的溶解行为也做了较系统的研究,结果显示,在浓度较低的条件下,ZCTC大部分电离为Cd2+离子、Zn2+和SCN-离子,且溶液中不存在单独Zn2+离子或Cd2+离子与SCN-离子形成的配合物或配合离子。继而对ZCTC在三种溶剂中的结晶情况进行了观测,实验表明,ZCTC在母液(NH4NO3/NH4Cl)中的结晶形态比较好,更适合做晶体生长溶剂。另外,还试验与分析了溶液酸度、搅拌等生长条件对晶体生长的影响,显示出pH在3.0~4.0范围内,无搅拌条件下,更适合晶体生长。 在此基础上,利用溶液缓慢蒸发来生长ZCTC晶体,并以母液为溶剂,温度设置为40℃,pH为3.5~4.0,无搅拌的情况下,生长出尺寸为6mm×4mm×15mm的ZCTC晶体。 最后,对生长出的ZCTC晶体进行了观测和性质测试。其中,对ZCTC晶体缺陷的观测发现晶体开裂、添晶、多头生长、楔化和晶体内部管道状等缺陷。粉末倍频实验结果表明,ZCTC具有良好的非线性光学性质,倍频效率约是KTP的1.025倍;热重分析表明,ZCTC晶体的最低分解温度为230℃,作为非线性光学材料的使用温度可控制在230℃以下。显微硬度测试表明,在载荷为5~25g范围内,ZCTC晶体的显微硬度值随载荷的增加而增加,其显微硬度值远低于KDP晶体的显微硬度值。 总之,ZCTC晶体是一种有前途的非线性光学晶体,但仍有不少问题值得深入研究。