[科普中国]-掺镁铌酸锂单晶

掺镁铌酸锂单晶结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。

定义掺镁铌酸锂单晶结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。

特点铌酸锂单晶(LN单晶)具有优良的压电性能、电光性能及非线性光学性能1。

原理任激光技术中IN单晶可以用来制作激光倍频器、激光调制器、激光参昼振荡器和激光波导衬底等。但是同成分的LN单晶在中等激光密度照射下,产生光折射率变化(即光折变).使通过晶体的光束发生畸变,限制了LN在激光(尤其是高密度、高强度的激光)技术中的应用。如果在lN晶体中推人一定最的Mg，可以很好地解决这个问题。

制备方法单晶生长制备方法大致可以分为气相生长、溶液生长、水热生长、熔盐法、熔体法。最常见的技术有提拉法、坩埚下降法、区熔法、定向凝固法等。

除了众多的实际工程应用方法外，借助于计算机和数值计算方法的发展，也诞生了不同的晶体生长数值模拟方法。特别是生产前期的分析和优化大直径单晶时，数值计算尤为重要。

一、挥发法

原理：依靠溶液的不断挥发，使溶液由不饱和达到饱和过饱和状态。

条件：固体能溶解于较易挥发的有机溶剂理论上，所有溶剂都可以，但一般选择60~120℃。

注意：不同溶剂可能培养出的单晶结构不同方法，将固体溶解于所选有机溶剂，有时可采用加热的办法使固体完全溶解，冷却至室温或者再加溶剂使之不饱和，过滤，封口，静置培养。

二、扩散法

原理：利用二种完全互溶的沸点相差较大的有机溶剂。固体易溶于高沸点的溶剂，难溶或不溶于低沸点溶剂。在密封容器中，使低沸点溶剂挥发进入高沸点溶剂中，降低固体的溶解度，从而析出晶核，生长成单晶。液体等。一般选难挥发的溶剂，如DMF，DMSO，甘油甚至离子。

条件：固体在难挥发的溶剂中溶解度较大或者很大，在易挥发溶剂中不溶或难溶。

经验：固体在难挥发溶剂中溶解度越大越好。培养时，固体在高沸点溶剂中必须达到饱和或接近过饱和。

方法：将固体加热溶解于高沸点溶剂，接近饱和，放置于密封容器中，密封容器中放入易挥发溶剂，密封好，静置培养。

三、温差法

原理：利用固体在某一有机溶剂中的溶解度，随温度的变化，有很大的变化，使其在高温下达到饱和或接近饱和，然后缓慢冷却，析出晶核，生长成单晶。一般，水，DMF，DMSO，尤其是离子液体适用此方法。

条件:：溶解度随温度变化比较大。经验:高温中溶解度越大越好，完全溶解。

推广：建议大家考虑使用离子液体做溶剂，尤其是对多核或者难溶性的配合物。

四、接触法

原理:如果配合物极易由二种或二种以上的物种合成，选择性高且所形成的配合物很难找到溶剂溶解，则可使原料缓慢接触，在接触处形成晶核，再长大形成单晶。一般无机合成，快反应使用此方法。

方法：

1.用U形管，可采用琼脂降低离子扩散速度。

2.用直管，可做成两头粗中间细。

3.用缓慢滴加法或稀释溶液法(对反应不很快的体系可采用)。

4.缓慢升温度(对温度有要求的体系适用)经验:原料的浓度尽可能的降低，可以人为的设定浓度或比例。0.1g~0.5g的溶质量即可。

五、高压釜法

原理：利用水热或溶剂热，在高温高压下，是体系经过一个析出晶核，生长成单晶的过程，因高温高压条件下，可发生许多不可预料的反应。

方法：将原料按组合比例放入高压釜中，选择好溶剂，利用溶剂的沸点选择体系的温度，高压釜密封好后放入烘箱中，调好温度，反应1~4小时均可。然后，关闭烘箱，冷至室温，打开反应釜，观察情况按如下过程处理：

1.没有反应--重新组合比例，调节条件，包括换溶剂，调pH值，加入新组分等。

2.反应但全是粉末，且粉末什么都不溶解，首先从粉末中挑选单晶或晶体，若不成：

A：改变条件，换配体或加入新的盐，如季铵盐，羧酸盐等；

B：破坏性实验，设法使其反应变成新物质。

3.部分固体，部分在溶液中:首先通过颜色或条件变化推断两部分的大致组分，是否相同组成，固体挑单晶，溶液挥发培养单晶，若组成不同固体按1或2的方法处理。

4.全部为溶液--旋蒸得到固体，将固体提纯,将主要组成纯化，再根据特点接上述四种单晶培养方法培养单晶1。

实例例如，在同成分的LN生长原料中加入5%(mol)的Mg(),生长出来的晶体光学均匀性高。富掺镁IN晶体的双折射梯度均在10/cm的数量级，加热到110(以上则可以消除光折变，因此将晶体的相位匹配温度提高到这个温度以上，就能够抑制光折变影响。富镁的LN抗强光损伤能力比纯IN高两个数量级(≥7.6x10W/cm)由于其光电导的增加，抗光损伤能力提高。Mg：L.N弥补了纯LN的不足，在波导，激光技术中有更广的应用。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学