《硼磷酸鹽無鈹深紫外非線性光學材料的設計與製備》是依託中國科學院理化技術研究所，由林哲帥擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：硼磷酸鹽無鈹深紫外非線性光學材料的設計與製備
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：林哲帥
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深紫外非線性光學材料在光刻加工、醫學、高精尖科研設備、光化學等重要領域具有廣泛套用。目前重要的深紫外非線性光學晶體KBBF存在層狀習性嚴重、合成原料含有劇毒氧化鈹的缺點，難以滿足大規模套用和環境友好的要求。研究環境友好、無層狀習性的新型深紫外波段非線性光學晶體材料是當前光電功能材料領域的前沿和重大挑戰之一。本項目將主要在含有鹼金屬、鹼土金屬或Y3+、La3+等稀土離子的無鈹硼磷酸鹽化合物中進行新型深紫外非線性光學材料探索。一方面，通過結構-性能關係的研究，實現組分調控和分子剪裁，設計和發現同時包含[PO4]3-基團和平面[BO3]3-基團的新型無鈹深紫外非線性光學材料；另一方面，通過調整助熔劑體系和改進合成方法，最佳化製備流程，合成和生長這些深紫外非線性光學材料。實現新型硼磷酸鹽無鈹深紫外非線性光學材料的合理的分子工程學設計和製備，探索出若干綜合性能優良的深紫外非線性光學材料。
結題摘要
深紫外非線性光學晶體材料在光刻加工、半導體製造、高精尖科研設備等重要領域具有廣泛套用。而目前有重要套用的KBBF存在嚴重層狀生長習性，且合成原料氧化鈹有劇毒，難以滿足大規模生產及環境友好的要求。因此尋找易生長、新型的環境友好的新型深紫外非線性光學晶體材料具有重要的研究意義。在本項目中，我們對無鈹硼磷酸鹽等深紫外非線性光學晶體結構與性能關係以及合成探索進行了深入的研究。主要的研究內容是：通過理論分子設計方法對深紫外非線性光學材料的巨觀性能與微觀結構進行探討。結合實驗，對新型深紫外非線性光學材料進行搜尋和設計，得到具有優良綜合性能的深紫外非線性光學功能材料。 在本自然科學基金項目的支持下，獲得了以下重要和關鍵的數據： （1）套用第一性原理計算方法，從傳統的硼磷酸鹽BPO4出發，結合元素或者基團替換，設計合成了一系列[PO4]3-與[BO3]3-基團相連的無鈹硼磷酸鹽深紫外非線性光學材料，探究其光學性能與微觀結構之間的關係，利用理論模擬評估所設計化合物的電子能帶結構及其線性和非線性光學性能。 （2）採用分子工程學研究方法，在硼磷酸鹽體系中進行探索，發現了同時包含(BO3)3-，(BO4)5- 和(PO4)3-基團的化合物，其具有短的深紫外透過以及大的雙折射率，通過對KBPO4F進行元素替換等方式，得到RbBPO4F和CsBPO4F等非線性光學材料。 （3）套用第一性原理計算方法，結合元素替換、組分調節、分子剪裁等方式設計出一類新的無鈹深紫外非線性光學材料BaB4O6F2，KB4O6F-I，KB4O6F-II，M2B10O14F6 (M = Ca, Sr)等，其紫外截止邊較短，具有較大的非線性光學效應和雙折射，是具有潛在套用前景的非線性光學材料。 （4）採用分子設計方法，在磷酸鹽體系中進行非線性材料探索，發現了新型化合物RbNaMgP2O7和CsNaMgP2O7，其中RbNaMgP2O7發生溫度相變倍增了倍頻效應。 （5）採用頂部籽晶法對深紫外非線性光學晶體K3Ba3Li2Al4B6O20F開展了生長研究，得到了較大尺寸的高質量單晶，採用最小偏向角法測量了該化合物在紫外到可見光波段的折射率，擬合了色散方程和相位匹配曲線。
