增长和特征的有机NLO Imidazolium L-Tartrate (IMLT)单晶

文摘

优质单晶的有机imidazolium L-Tartrate (IMLT)从溶液缓慢长大溶剂蒸发技术。各种结构参数和单斜晶体结构使用粉末x射线衍射方法已确认。各种官能团的存在由ATR-FTIR已被确认。UV-Vis-NIR光谱显示超过60%的光学透明度较低的紫外截止在245海里。材料的光学带隙值计算是4.8 eV。折射率等光学参数、光学和导电性,Urbach能源、消光系数、光学和电磁化率已经从透射谱数据评估。上述基本参数清单作为NLO IMLT材料的适当用法。材料的热重分析表明高的热稳定性高达214°C。除此之外,电介质的研究在各种温度下证实了减量的介电常数和介电损耗在更高的频率。二次谐波发生的效率(宋惠乔)发现KDP晶体的3.5倍。 A range of analysis suggests suitability and potentiality of IMLT crystal for various optoelectronic applications.

1。介绍

虽然无机材料正在享受他们的优势在NLO设备的应用,有机NLO材料逐渐增加其份额在设备应用程序。好的有机材料晶体分子推导二次非线性光学特性,激光损伤阈值,分子非线性和高结构多样性是首选的NLO设备应用程序(1- - - - - -3]。近年来,各种有机捐赠者的发展ᴨ受体(D -ᴨ显著的关注——)系统由于其高度可极化性结构和有效的分子内电荷转移(CT)属性(4]。对无机材料、有机材料有一个方便的可极化的推拉系统使他们使用双光子吸收发明,光电设备,光学数据存储机制,有机LED和光伏电池(5- - - - - -7]。

咪唑具有两性性质和高极化率,预计充分贡献与其他半个光学非线性。通过添加共轭债券或用电子给体和受体,可以增加光学非线性。标题化合物的合成,L-Tartaric酸咪唑捐赠一对电子。diprotic手性酒石酸是一种合理的弹性α——羟基酸= 2.93,= 4.23。因此它可能是内行形成1:1和1:2质子转移盐的刘易斯基地(8),尽管它可能形成1:1酒石酸氢盐使用化学计量控制,大量研究[9]。bis (imidazolium) L-Tartrate[的铁电性研究10)、结构、热膨胀、激光损伤阈值(LDT)和宋惠乔效率(11),增长与SR方法以及电介质研究[12),和量子力学计算使用DFT [13的imidazolium L-Tartrate已经被报道。在当前工作有机NLO水晶imidazolium L-Tartrate (IMLT)已种植和粉末x射线衍射、红外光谱、紫外可见光谱、热重量分析法、线性光学和宋惠乔研究。一些必要的介质和光学参数已报告。这个集体研究提到必要参数将促进调查潜在的IMLT单晶NLO材料和其他应用程序。

2。实验

2.1。合成和晶体生长

IMLT通过混合合成AR马克咪唑(纯度≥99%)和L-Tartaric酸粉(纯度≥99.5%)的克分子数相等的比例(1:1)溶解在蒸馏水的两倍。获得一个齐次解,混合搅拌约100分钟在恒定温度下40°C使用电磁搅拌器。混合物与绘画纸滤纸过滤没有41,保存在一个玻璃烧杯。烧杯和多孔聚乙烯盖密封,保持在恒定的温度30°C的无尘环境。合成解决方案被连续再结晶纯化过程。15天后,透明,质量好,矩形晶体被找到的最大大小20毫米x 10毫米x 5毫米,如图1。

2.2。表征技术

晶体结构是由粉末XRD技术通过PANalytical系统采用铜Kα辐射。结果分析的帮助下粉末X软件。红外光谱研究,材料保存在力量光学衰减全反射(ATR)设置在450厘米的范围⁻¹到4000厘米⁻¹。UV-Vis-NIR传输光谱被记录为2.5毫米厚的水晶样品200 - 1400纳米范围内的狭缝宽度5 nm 240海里/分钟的扫描速度和使用珀金埃尔默λ分光光度计。扫描范围覆盖近紫外(200 - 400海里),可见(400 - 800海里),和近红外光谱(800 - 1200 nm)地区。热分析的材料进行了从室温到800°C使用珀金埃尔默热分析仪设置加热速度10°C / N分钟₂的气氛。电介质的研究进行从10赫兹至10 MHz的丸状的晶体在不同的温度下使用psm - 1735维阻抗分析仪。宋惠乔效率是评价使用库尔茨和佩里粉方法Nd: YAG激光的1064海里,结果与标准的KDP晶体(14]。

3所示。结果和讨论

3.1。粉末x射线衍射

观察到的衍射模式如图2和IMLT晶体的晶胞参数识别和给定的表1。晶胞参数中发现与之前报道的价值观非常好的协议(11,13]。微晶大小谢瑞方程,获得了L = ,k = 0.94,λ= 1.54178,和W在half-maxima全宽。水晶大小与最强的峰(012)获得59.51海里。

3.2。ATR光谱分析

各种官能团的生存已经承认使用FTIR-ATR光谱响应。观察到的乐队出现由于振动的咪唑阳离子,酒石酸阴离子和氢键。图3展品IMLT的红外光谱谱。

IMLT显示的红外光谱谱峰向地伸展在3464.7厘米⁻¹。芳香拉伸由于咪唑也观察到3150.21厘米⁻¹。强度峰值为1715.7厘米⁻¹的羧基(C = O)乐队归因于L-Tartaric酸。尖锐的吸收峰在1591.84厘米⁻¹观察是归因于C = C芳环振动。羧酸的峰值对应于切断债券观察到1202.90厘米⁻¹和1102.68厘米⁻¹。吸收峰在887.72厘米⁻¹,771.25厘米⁻¹,679.39厘米⁻¹是对应于咪唑芳环。

3.3。紫外可见研究

光学特性的重要参数被认为是质量好的水晶材料的检查。较低的波长,光传输中断在紫外区域由于吸收的能量来自电子从帷幔带过渡到空缺传导带(15]。图4显示%透光率与波长的情节(nm)晶体厚度2.5毫米。高度的透明度无明显吸收范围内观察到300 nm - 1400 nm。在图4很强的吸收与透射率的急剧下降245海里显示了标题化合物的低截止波长。这几乎提出能量均匀分布在所有IMLT分子晶体,还将导致逐渐减少长波长245 nm的透光率。起伏不定的见证在800纳米左右将仪器人工制品。吸收光谱中观察到该地区从600纳米到1400纳米是由于分子内电荷转移过渡边际捐赠者群和受体的核心16]。足够低的截止波长和宽透明窗的水晶建议良好的光学质量。吸收系数(α)和光学参数,如折射率(η),光学带隙 ,和消光系数(K),可以确定从传输(T)基于该标准的谱公式。观察了晶体质量计算Urbach能源的价值。

吸收系数(α)可以由 参数T是指透射率和厚度的晶体。

光学带隙可以获得通过的普朗克关系吗 h是普朗克常数,波的频率,和c是光在真空中的传播速度。

实验,它可以估计的线性外推法的吸收边和波长(nm)的值转换成能源对同一个真空(eV)。光学带隙从Tauc的公式计算17] B是一个常数,m = 2指间接结构过渡,和m = 0.5是指直接结构过渡。

一块(αh )^1/2与h如图5。决定光学带隙值实验,发现m = 1/2的最佳拟合值线性情节和表明间接带隙的过渡。遍历点能量轴表示IMLT晶体的带隙能量价值。IMLT晶体的光学带隙值 电动汽车。晶体的带隙能量传递的能力电介质(水晶)极化的影响下强烈的辐射。大带隙IMLT水晶支持优质非线性光学应用要求。

折射率的透光率值IMLT水晶可以获得使用以下表达式[18,19]。 图6显示的折射率与波长变化IMLT晶体。折射率随着波长的增加减少。带隙越高,良好的整体地区的传播,较低的折射率使水晶适合有光电应用程序(20.]。消光系数的值指定的电磁辐射通过散射和吸收晶体单位厚度。它表明一种电磁波的难易程度是通过光子晶体具有不同的能量。消光系数可以计算从以下表达式。 消光系数的图表和光子能量图7。的低价值系数显示了入射辐射的减少部分损失。然而,更高的能源价值的增加可能是由于吸收和散射基于入射光子能量和散射中心的性质。吸收系数值完全低于基本边缘完全取决于光子能量,支持Urbach关系(21]。吸收系数的值在带边沿IMLT晶体表现指数依赖光子能量(h )这给了Urbach公式 在哪里α₀是一个常数,是入射辐射的频率,的值是Urbach能量。

Urbach能源值计算得到的逆线性部分的斜率观察到较低的光子能量区域,如图8。斜率值被发现是5.1957,因此Urbach能源价值( )是0.19 eV。越少的价值Urbach能量( )建议数量较小的晶体缺陷。

光电导( )响应IMLT水晶价值派生的折射率和吸收系数的表达式。 材料的电导率值也与晶体的光电导率值如下。 光电导的增加价值与入射光子能量(图9)显示良好的光学响应的材料。光电导(10的价值就越高⁹-10年¹²年代⁻¹)显示了很好的IMLT晶体的光响应。从图的消光系数和导电性,它可以观察到,材料的行为类似于半导体在更高的能量。因此,材料适合光电设备的应用程序。

电极化率( )可以使用光学常数计算从下面的关系22,23]。 因此 在哪里ε₀没有任何的介电常数的贡献从免费的航空公司。

的折射率计算传输数据表明它保持不变1100海里。电磁化率的值是在1100纳米(图0.384810)。复介电常数是由 。介电常数的实部和虚部的消光系数给出了(23- - - - - -25] 在哪里和介电常数实部和虚部,分别。

在1100纳米波长实际的值和想象的的介电常数4.8331和2.92×10⁻⁵,分别。

3.4。热分析

对于相变的热分析提供信息,结晶水的存在,和晶体的不同分解阶段26]。20.8毫克的IMLT样本进行了分析从25 - 800°C N的范围₂大气(图10)。TGA的材料分析表明,晶体是稳定的214.6°C。减肥的物质存在于单一的分解步骤205°C到250°C的范围和总重量的88.66%。吸热峰在200°C的小痕迹表明随后融化分解约220°C。锋利的DTA峰显示良好的结晶度和纯度的物质。标题化合物的热分析表明,良好的热稳定性对任何光电应用200°C以下。

3.5。介电分析

宋惠乔正比于线性极化率和线性敏感性取决于极化率;此外,频率范围内的介电常数应该研究[27]。因此,重要的是要研究应用领域的介电行为频率在不同的温度下。数据(11日)和11 (b)表现出介电常数( )和介电损耗( )分别与频率。从图表,发现相同的增加与减少的频率。介电常数较低频率的高价值可能归因于所有四种极化机制的存在,即电子(原子),离子(分子间),界面,和定向极化,其低价值更高的频率可能会建议暗示这些极化机制逐渐的丧失。介质损耗30°C的温度和较低的频率高(图11 (b))可能由于电子极化的贡献,随着频率的增加贡献突出的其他极化机制与增加的频率和温度。几乎类似的行为是观察到的所有其他范围从10 KHz的温度。较低的介电损耗的价值在更高频率在不同温度下泄露缺陷更少的晶体的光学质量好,这是可取的属性NLO应用程序(28]。

频率依赖的导电性材料可以从Jonscher调查的幂律29日),在数据绘制12(一个)和12 (b)。 在这里是直流和交流的和电导率的材料。这个词σ₍₀₎在方程的频率独立特区导电性材料。右手边方程的第二项代表交流电导系数组成的“A”这表明极化率和指数“s”代表的相关程度与移动离子晶格。表2表示“一个”和“s”的值依赖于温度和描述所有色散现象。一般的“s”值可以改变不同于材料材料根据温度在0到1的范围内。s≤1突然跳跃运动价值的发现归功于平移运动。离子导体,值0.5和1之间的“s”的谎言。频率独立plateau-like地区观察到低频政权可以归因于频率独立的电导率σ₍₀₎。从图12(一个)在更高的频率,电导率增加显著。在室温下,行为在整个地区几乎不变。这可能是由于极化的作用在较低的温度。

3.6。NLO研究

二次谐波发生(宋惠乔)效率基本激光脉冲的评估使用库尔茨和佩里粉方法(14]。q开关梁Nd: YAG激光,在波长1064纳米的输入光束0.70焦耳的能量和脉宽6 ns的重复率10赫兹的使用。粉末样品的生长IMLT晶体则是暴露于激光辐射。绿灯闪观察发射,这表明NLO行为的材料。从表3可以看出IMLT有二次谐波发生的3.5倍(宋惠乔)转换效率标准的KDP晶体。标题化合物的锯齿形链结构支持宋惠乔更高。的 - - - - - -咪唑环上的电子系统提高了宋惠乔IMLT水晶的效率与L-Tartaric酸,其与KDP NLO转换效率显著。

4所示。结论

单晶的IMLT成功增长缓慢蒸发溶液生长技术在恒定温度下30°C。x射线衍射分析证实了单斜晶体结构和晶格参数。官能团的存在是使用FTIR-ATR分析确认。紫外光谱分析显示低的紫外截止在245纳米宽的透明窗。计算光学带隙 ,折射率、吸收系数、消光系数、光学和导电性,真实与虚幻的介电常数的值从紫外光谱提出材料光电应用程序的适用性。TG / DTA表明材料热稳定性高达200°C。介电测量进行了使用介电常数和损耗在不同频率和温度。频率的交流电导率变化遵循Jonscher的幂律。3.5倍提高效率的二阶NLO然后标准KDP晶体使其承诺的NLO材料。

数据可用性

x射线衍射、红外光谱、紫外可见和介质数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

信息披露

作者是隶属于潘伟迪Deendayal石油大学,和相应的作者是正式员工的L D工程学院,技术教育主任,古吉拉特邦政府。调查工作已经完成了与现有的设施和提供研究支持他们。没有特定的专门为这项工作提供资金。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢当局PDPU和MNIT斋浦尔扩展热分析设施;诉Raghvan博士阿布杜尔•拉赫曼研究所宋惠乔测量;特别是Girish Joshi博士和他的研究学者Aarthishree介电测量。

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