EDTA对生长动力学的影响和KDP晶体结构和光学特性

文摘

磷酸二氢钾的溶解度(KDP)确定了五个不同的温度。亚稳区宽度的KDP饱和水溶液在不同的温度下采用成核法在纯形式和添加一个著名的络合剂乙二胺四乙酸(0.5摩尔% EDTA)。的诱导期测量,实验进行过度饱和的选择度(),像界面自由能和临界成核参数()计算,基于经典成核理论。生长晶体的结构和光学特性进行了研究。红外光谱分析进行了描述晶体生长。带隙计算了透射光谱。

1。介绍

最近磷酸二氢钾晶体(KDP)创造了相当多的研究人员的兴趣,因为其压电、非线性光学和光电性质,也广泛应用于x射线单色仪(1]。所以关注解决方案给晶体生长的更快的利率采用较快的冷却速度,但更快的冷却速率取决于亚稳区宽度是一个重要的参数,因为它生长大尺寸晶体的解决方案是直接测量解决方案的稳定的过饱和。带宽度越大越大稳定(2]。解决方案与狭窄的亚稳区宽度通常得到二次成核。Srinivasan等人介绍了一个新颖的方法来提高晶体生长的亚稳区宽度从解决方案通过添加螯合剂EDTA (3]。

亚稳区宽度的决定性因素的存在杂质。大多数商用化学杂质铬等重金属^{3 +}、铁^{3 +},艾尔。^{3 +}。这些杂质诱发二次成核,减少亚稳区宽度。这些杂质,吸附层中停留时间长,成为闭锁装置的基本步骤和过度饱和提高表面异相成核率更高。分布的金属添加EDTA将变得更加困难,因为它通常与金属阳离子通过两个胺和四个羧化物。基本上,EDTA远高于KDP的分子大小,除了这一事实使得复合物与重金属,规模进一步增加,因此没有机会EDTA分子复合物渗透KDP分子结构(4]。因此,可以使用EDTA提高亚稳区宽度没有EDTA进入KDP分子结构的危险。

在室温下,KDP noncentrosymmetric正方晶格。单胞尺寸Ǻ和Ǻ。KDP有相变的铁电顺电位状态在123 K。库尔迪斯民主党晶格是由两套PO₄组织通过氢键互相联系。目的是提高KDP晶体的质量和更好的光学性质,尝试在目前工作生长KDP晶体通过掺杂EDTA(浓度为0.5 mol %)和研究对成核的影响参数和结构和光学特性。

2。实验

2.1。溶解性的研究

在目前的工作,溶解度KDP确定的五个不同的温度,即30岁,35岁,40岁,45岁和50°C。溶解性研究进行了恒温水浴(施)和低温恒温器设备的精度±0.01 K。

2.2。测定亚稳区宽度

亚稳区宽度研究的纯和掺杂KDP的解决方案进行了采用多种燃料的方法(5]。KDP溶液(200毫升)饱和30°C准备根据溶解度图连续使用电磁搅拌器搅拌。那么解决方案被过滤泵和绘画纸过滤滤纸的孔隙大小11μm。两个类似烧杯溶液100毫升,第一个烧杯包含纯KDP溶液而第二个烧杯包含0.5 mol % EDTA-doped KDP的解决方案,分别。然后纯掺杂KDP解决方案和低温恒温器保持施设施。解决方案是搅拌连续6小时稳定使用电磁搅拌器。这是慢慢冷却所需的冷却速率的4 K / h;直到第一个晶体出现,温度立刻记录下来。饱和温度和成核温度之间的差异是最大的过冷。这给了解决方案的亚稳区宽度。重复这个实验对不同的饱和温度35岁,40岁,45岁和50°C,和相应的亚稳区宽度测量。

2.3。诱导期的确定

诱导期””是一个衡量的“能力”的解决方案保持过饱和,确定实验KDP解决方案有或没有的EDTA采用等温法(6]。过饱和的解决方案准备进行诱导时间实验。过度饱和的要求的水平是通过溶解所需数量的KDP(有或没有EDTA)溶剂,这是高于饱和浓度。然后加热混合物几度高于饱和温度(30°C),以确保所有材料溶解。解决方案是然后冷却到饱和温度(30°C)的解决方案成为过饱和所需的过饱和度。一旦发生成核,它快速成长,有人看见一个亮闪闪的粒子。观察时的闪亮的粒子在细胞溶液达到饱和温度的时间给了成核的诱导期。过度饱和的实验进行选择度(),即1.07,1.1,1.13,和1.16,(在过饱和溶液中溶质的浓度是饱和浓度)。

3所示。成核KDP动力学

界面的能量生长晶体之间的接口和周围的母亲在晶体的成核阶段起着重要的作用。这个复杂的参数已经确定进行使用饱和溶液成核的实验。成核速率之间的关系(代表核形成的数量单位时间内每卷)和诱导期可以表示为(7] 在温度诱导期的解决方案吗,水晶是摩尔体积,Boltzman常数,是恒定的。是过度饱和率()。这个函数弱对温度的依赖关系,因此之间存在线性相关和在恒定温度下(图2)。的一块对是一条直线。上的直线的截距设在赋予的价值。方程(3)适合显示一条直线对与斜坡由(5]

在一些研究8),线性关系和不是由一行,而是可以得出两个不同的直线,其中一个代表均匀成核和其他代表异相成核。界面的能量固体的解决方案相对于已经从直线的斜率计算在哪里具体的数量和获得的吗,是气体常数,阿伏伽德罗常数。

4所示。描述

4.1。红外光谱分析

红外光谱是有效地用于识别官能团为确定化合物的分子结构。KBr颗粒技术的红外光谱光谱被记录在400 - 4000厘米⁻¹。图4显示的红外光谱光谱纯,EDTA-added KDP晶体。有一个广泛的信封3700厘米之间⁻¹和2500厘米⁻¹。它包括地伸展KDP的振动。氢键在晶体内建议是峰的展宽的原因(9]。水的存在是由其弯曲振动发生在乐队1630厘米⁻¹(10]。下面的山峰1200厘米⁻¹将PO₄振动。宽阔的信封观察2300至3600厘米⁻¹主要是由于H警:哦拉伸吗₂阿宝₄。强烈吸收观察到厘米⁻¹,厘米⁻¹,厘米⁻¹警:哦变形。

4.2。能带间隙测量

对于光学的应用程序,应该高度透明水晶相当大的地区的波长(11,12]。良好的晶体在整个可见区域的传播表明其适合二次谐波发生设备如图5(13]。光吸收系数的依赖与光子能量有助于研究电子的能带结构和过渡的类型。光吸收系数()是计算使用以下关系[从透光率14]: 在哪里透光率和是晶体的厚度。直接过渡,由吸收系数在哪里涉及的属性是恒定的乐队,,,允许过渡,禁戒跃迁。的一块与将光学带隙的价值。带隙的价值一直在计算通过拦截设在图6。

4.3。结果与讨论

纯KDP晶体生长和EDTA-added KDP图所示7。它是观察从图1亚稳区宽度的增强是由于添加EDTA但区宽度随温度的增加而减小。也已经从实验观察,添加EDTA减少了二次成核的数量在解决方案中。从图3,观察界面能量增加的EDTA。因此成核的概率大大降低界面能有积极的词,就细胞核的稳定,这就是为什么,二次成核观察减少。

纯KDP (a)

(b)摩尔% EDTA

通过对比掺杂的红外光谱谱和纯的晶体,它可以很容易地得出结论,没有掺入KDP EDTA的分子结构。从光学透射光谱发现添加EDTA增加了光学透明度以及晶体的带隙从1.38到1.55 eV(表1)。因为该材料具有良好的光传输特性在波长280 - 1090纳米范围,材料适合生成蓝绿色地区第二次谐波(15]。


材料	光学带隙(eV)

纯KDP	1.38
摩尔% EDTA	1.55

5。结论

纯和EDTA-added KDP晶体增长缓慢的蒸发技术。溶解度数据满足线性关系。它也被发现,EDTA不仅增强了亚稳区宽度明显比纯粹的解决方案。这可能是由于化学活性的抑制KDP溶液中的金属离子。从临界成核诱导期的研究,参数计算,并观察到的值和增加的EDTA。红外光谱分析显示官能团的存在和债券的材料。从红外光谱分析可以推断,EDTA作为添加剂可以有效地提高晶体的光学性质,因为EDTA不能进入KDP分子结构。紫外可见光谱分析表明,添加EDTA的传输效率大大提高。这项研究可能有助于获得高质量的单晶为光电应用程序以及应用KDP晶体的更快的增长率。

引用

n . p . Rajesh Kannan诉,p . Santhana Raghavan, p . Ramasamy和c w .局域网,“成核和晶体生长的研究( ${NH}_{4}$ ) $H_{2} {阿宝}_{4}$ 掺杂硫脲在过饱和水解决方案。”材料化学与物理,卷76,不。2、181 - 186年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
h·e·巴克利Ed。晶体生长约翰·威利& Sons,纽约,纽约,美国,1951年。
k·k·斯里尼瓦桑米拉,p . Ramasamy”增强亚稳区宽度的邻苯二甲酸氢钾的解决方案增长,”杂志的晶体生长,卷205,不。3、457 - 459年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
n . p . Rajesh k .米拉k . Srinivasan p Santhana Raghavan,和p . Ramasamy”EDTA对ADP的亚稳区宽度的影响,“杂志的晶体生长,卷213,不。3 - 4、389 - 394年,2000页。视图:谷歌学术搜索
r . Sankar c . m . Raghavan和r . Jayavel“成核的动力学和增长方面半有机非线性光学双硫脲醋酸镉单晶,”晶体研究和技术第41卷。。9日,第924 - 919页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
扎特丝娃n p、l . n . Rashkovich s . v . Bogatyreva”的稳定性 ${KH}_{2} {阿宝}_{4}$ 和K (H, D) $_{2} {阿宝}_{4}$ 解决方案快速水晶增长率,”杂志的晶体生长,卷148,不。3、276 - 282年,1995页。视图:谷歌学术搜索
o .领域、h . Dolas和h . Demir“成核四水合四硼酸钾动力学测定。”晶体研究和技术,42卷,不。8,766 - 772年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
d . t . Kanagasekaran m . Gunasekaran p .斯里尼瓦桑Jayaraman r . Gopalakrishnan)和p . Ramasamy”研究生长、诱导期、界面能和亚稳zonewidth m-nitroaniline”晶体研究和技术,40卷,不。12日,第1133 - 1128页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
p . v . Dhanaraj n . p . Rajesh p . Ramasamy m . Jeyaprakasan c·k·马哈和g . Bhagavannarayana”加强稳定的增长、结构和NLO KDP晶体由于添加剂的特性以及种子旋转,“晶体研究和技术,44卷,不。1,54-60,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
c . n . Banwell和e . m . McCash分子光谱原理美国麦格劳-希尔,纽约,纽约,第四版,1994年版。
诉克里斯和r . Nagalakshmi semiorganic的晶体生长和振动光谱研究非线性光学crystal-bisthiourea氯化锌,”Spectrochimica Acta部分,卷61,不。3、499 - 507年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
诉克里斯和r·j·泽维尔”振动分析1、4-diaminoanthraquinone 1, 5 - dichloroanthraquinone:联合红外光谱,FT-Raman和扩展量子力学研究中,“Spectrochimica Acta部分,卷61,不。8,1799 - 1809年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
诉Venkataramanan, s . Maheswaran j . n .舍伍德和h l . Bhat“晶体生长和生理特性的semiorganic bis(硫脲)氯化镉,”杂志的晶体生长,卷179,不。3 - 4、605 - 610年,1997页。视图:谷歌学术搜索
Krishnan, c . j . Raj美国小迪纳卡兰,妈妈和s . j . Das”调查的光学带隙在邻苯二甲酸氢钾单晶,”晶体研究和技术,43卷,不。6,670 - 673年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
k·纳库马拉拉曼,和r .《“增长和描述硫脲混合cadmium-lead chloride-a非线性光学晶体,”晶体研究和技术,44卷,不。4、421 - 424年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

国际期刊的光学

文摘