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新疆理化所獲得氟磷酸鹽非線性光學材料

發布時間:2018-10-24來源:新疆理化技術研究所點擊量:5805
探索功能基團是進行功能導向性材料研發的關鍵所在。中國科學院新疆理化技術研究所新型光電功能材料研發團隊一直致力于非線性光學材料設計制備。為縮短材料制備的研發周期,研發團隊建立了材料軟件研發、材料基因篩選及預測、材料設計、第一性原理計算和結構預測到設計制備的材料集成研究方案。

  近期,針對紫外/深紫外非線性光學材料發展瓶頸,新疆理化所新型光電功能材料研發團隊通過探索非線性光學材料有效功能基團進行結構設計組裝,在紫外/深紫外非線性光學材料設計方面取得了成效。2017年,該課題組提出了在硼酸鹽中引入[BOxF4-x](x = 1,2,3) 功能基團的設計策略。理論計算和實驗表明,[BOxF4-x]基團的引入可以“剪切”B-O網絡,構建有利于產生大雙折射的結構,同時產生大的倍頻效應和短的紫外截止邊,相關成果以Very Important Paper (VIP) 形式在國際期刊《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3916)上發表。遵循這一策略,設計合成了一系列具有優異性能的氟硼酸鹽深紫外非線性光學材料,包括NH4B4O6F, CsB4O6F, RbB4O6F, CsKB8O12F2, CsRbB8O12F2, MB5O7F3 (M = Ca,Sr)等。

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  圖:篩選出(PO3F)2–和(PO2F2) –基團為優異非線性光學材料基因,并通過實驗驗證

  在此基礎上,該研發團隊進一步提出了一類新的功能基團 (PO3F)2–和(PO2F2) –,獲得了氟磷酸鹽(或稱氟化磷酸鹽)非線性光學材料,拓展了該領域的研究方向。研究人員提出通過 (PO3F)2–和(PO2F2) –基團替換(PO4)3–基團來提升磷酸鹽晶體的雙折射。第一性原理計算表明(PO3F)2–和(PO2F2) –基團具有非常大的能隙、較大的極化率各向異性和超極化率,說明可以增強晶體的雙折射,同時產生大倍頻效應和短截止邊?;誒礪堊芯?,研究人員在無機晶體數據庫中搜索并應用第一性原理方法篩選出了一例紫外非線性光學材料:(NH4)2PO3F,通過溶劑蒸發法生長了厘米級大小的單晶,粉末倍頻實驗測試表明它滿足266 nm倍頻光相位匹配。更重要的是,氟磷酸鹽具有比硼酸鹽小的折射率色散,降低了其在深紫外波段對雙折射的要求。該工作提出的氟磷酸鹽拓展了該領域的研究方向,并驗證了材料集成研究方案準確性。

  相關成果發表在美國化學學會《化學材料》雜志上(Chem. Mater. 2018, 30, 5397)。該研究得到中科院西部之光項目、國家“973”青年項目、國家自然科學基金等的支持。

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