Ниобат лития

редактировать

Ниобат лития
Имена

. __ Li __ Nb __ O
Другие названия Оксид лития ниобия, триоксид лития ниобия
Идентификаторы
Номер CAS	12031-63-9
3D-модель (JSmol )	Интерактивное изображение
ChemSpider	10605804
ECHA InfoCard	100.031.583
PubChem CID	159404
CompTox Dashboard (EPA )	DTXSID00894183
InChI InChI=1S/Li.Nb.3O/q+1;;;;-1Ключ: GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N InChI = 1 / Li.Nb.3O / q + 1 ;;;; - 1 / rLi.NbO3 / c; 2-1 (3) 4 / q + 1; -1 Ключ: GQYHUHYESMUTHG-YHKBGIKBAK
УЛЫБКИ [Li +]. [O -] [Nb] (= O) = O
Свойства
Химическая формула	LiNbO 3
Молярная масса	147,846 г / моль
Внешний вид	бесцветное твердое вещество
Плотность	4,65 г / см
Температура плавления	1257 ° C (2295 ° F; 1530 K)
Растворимость в воде r	Нет
Ширина запрещенной зоны	4 эВ
Показатель преломления (nD)	no2.30, n e 2.21
Структура
Кристаллическая структура	тригональная
Космическая группа	R3c
Точечная группа	3m (C 3v)
Опасности
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD50(средняя доза )	8000 мг / кг (перорально, крыса)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
N (что ?)
Ссылки в ink

Ниобат лития (Li Nb O 3) представляет собой соль, состоящую из ниобия, лития и кислорода.. Его монокристаллы являются важным материалом для оптических волноводов, мобильных телефонов, пьезоэлектрических датчиков, оптических модуляторов и различных других линейных и нелинейных оптических приложений. Это искусственный диэлектрический материал, не существующий в природе. Ниобат лития иногда называют торговым наименованием линобат .

Содержание

1 Свойства
2 Рост
3 Наночастицы
4 Применения
5 Периодически поляризованный ниобат лития (PPLN)
6 Уравнения Селлмейера
7 См. Также
8 Ссылки
9 Дополнительная литература
10 Внешние ссылки

Свойства

Ниобат лития представляет собой бесцветное твердое вещество, и он нерастворим в воде. Он имеет тригональную кристаллическую систему, в которой отсутствует инверсионная симметрия и проявляется сегнетоэлектричество, эффект Поккельса, пьезоэлектрический эффект, фотоупругость и нелинейно-оптическая поляризуемость. Ниобат лития имеет отрицательное одноосное двулучепреломление, которое незначительно зависит от стехиометрии кристалла и от температуры. Он прозрачен для длин волн от 350 до 5200 нанометров..

Ниобат лития может быть легирован оксидом магния, который увеличивает его устойчивость к оптическим повреждениям (также известным как фоторефрактивное повреждение) при легировании выше. Другие доступные легирующие примеси: Fe, Zn, Hf, Cu, Gd, Er, Y, Mn и B.

Рост

Монокристаллы ниобата лития могут быть выращены с использованием процесса Чохральского.

Z-образная монокристаллическая пластина ниобата лития

После кристалл выращивается, он разрезается на пластины разной ориентации. Обычными ориентациями являются Z-разрез, X-разрез, Y-разрез и разрезы с углами поворота предыдущих осей.

Наночастицы

Наночастицы ниобата лития и пятиокиси ниобия можно производить при низкой температуре. Полный протокол подразумевает индуцированное LiH восстановление NbCl 5 с последующим самопроизвольным окислением in situ в нанооксиды ниобия с низкой валентностью. Эти оксиды ниобия подвергаются воздействию атмосферы воздуха, в результате чего получается чистый Nb 2O5. Наконец, стабильный Nb 2O5превращается в наночастицы ниобата лития LiNbO 3 во время контролируемого гидролиза избытка LiH. Сферические наночастицы ниобата лития диаметром приблизительно 10 нм могут быть получены пропиткой мезопористой кремнеземной матрицы смесью водного раствора LiNO 3 и NH 4 NbO (C 2O4)2с последующим 10-минутным нагревом в инфракрасной печи.

Области применения

Ниобат лития широко используется на рынке телекоммуникаций, например, в мобильных телефонах и оптических устройствах. модуляторы. Это предпочтительный материал для изготовления устройств на поверхностных акустических волнах. Для некоторых применений его можно заменить на танталат лития, Li Ta O 3. Другие применения находятся в лазер удвоение частоты, нелинейная оптика, ячейки Поккельса, оптические параметрические генераторы, модуляция добротности устройства для лазеров, другие акустооптические устройства, оптические переключатели для гигагерцовых частот и т. д. Это отличный материал для изготовления оптических волноводов. Он также используется в создании opti пространственные фильтры нижних частот (сглаживание ).

В последние несколько лет ниобат лития находит применение в качестве своего рода электростатического пинцета, метод, известный как оптоэлектронный пинцет, поскольку для получения эффекта требуется световое возбуждение. Этот эффект позволяет точно манипулировать частицами микрометрового размера с высокой гибкостью, поскольку выщипывание ограничивается освещенной областью. Эффект основан на очень сильных электрических полях, возникающих при освещении (1–100 кВ / см) внутри освещенного пятна. Эти интенсивные области также находят применение в биофизике и биотехнологии, поскольку они могут влиять на живые организмы множеством способов. Например, было показано, что легированный железом ниобат лития, возбужденный видимым светом, вызывает гибель клеток в культурах опухолевых клеток.

Ниобат лития с периодической поляризацией (PPLN)

Ниобат лития с периодической поляризацией ( PPLN ) представляет собой кристалл ниобата лития доменной инженерии, используемый в основном для достижения квазисинхронизма в нелинейной оптике. Домены сегнетоэлектрические указывают альтернативно в направлениях + c и -c с периодом обычно от 5 до 35 мкм. Более короткие периоды этого диапазона используются для генерации второй гармоники, а более длинные - для параметрического оптического колебания. Периодический опрос может быть достигнут путем электрического опроса с периодически структурированным электродом. Управляемый нагрев кристалла можно использовать для точной настройки фазового синхронизма в среде из-за небольшого изменения дисперсии в зависимости от температуры.

Периодический опрос использует наибольшее значение нелинейного тензора ниобата лития, d 33 = 27 пм / В. Квази-фазовое согласование дает максимальную эффективность, которая составляет 2 / π (64%) от полного d 33, примерно 17 пм / В.

Другие материалы, используемые для периодического опроса представляют собой широкие запрещенные зоны неорганические кристаллы, такие как KTP (в результате периодически поляризованный KTP, PPKTP ), танталат лития и некоторые органические материалы.

Метод периодического полирования также может использоваться для формирования поверхностных наноструктур.

Однако из-за низкого порога фоторефрактивного повреждения PPLN находит лишь ограниченное применение: при очень низких уровнях мощности. Ниобат лития, легированный MgO, получают методом периодической полярности. Таким образом, периодически поляризованный ниобат лития, легированный MgO (PPMgOLN), расширяет область применения до среднего уровня мощности.

Уравнения Селлмейера

Уравнения Селлмейера для экстраординарного индекса используются для определения периода опроса и приблизительной температуры для квази-фазового согласования. Джундт дает

$ne 2 ≈ 5,35583 + 4,629 × 10 - 7 f + 0,100473 + 3,862 × 10 - 8 f λ 2 - (0,20692 - 0,89 × 10 - 8 f) 2 + 100 + 2,657 × 10 - 5 f λ 2 - 11,34927 2 - 1,5334 × 10 - 2 λ 2 {\ displaystyle {n_ {e} ^ {2} \ приблизительно 5,35583 + 4,629 \ times 10 ^ {- 7} f + {0,100473 + 3,862 \ times 10 ^ {- 8} f \ over \ lambda ^ {2} - (0.20692-0.89 \ times 10 ^ {- 8} f) ^ {2}} + {100 + 2.657 \ times 10 ^ {- 5} f \ over \ lambda ^ {2} -11,34927 ^ {2}} - 1,5334 \ times 10 ^ {- 2} \ lambda ^ {2}}}$ ${\ displaystyle {n_ {e} ^ { 2} \ приблизительно 5,35583 + 4,629 \ times 10 ^ {- 7} f + {0,100473 + 3,862 \ times 10 ^ {- 8} f \ over \ lambda ^ {2} - (0,20692-0,89 \ times 10 ^ {- 8} е) ^ {2}} + {100 + 2.657 \ times 10 ^ {- 5} f \ over \ lambda ^ {2} -11.34927 ^ {2}} - 1.5334 \ times 10 ^ {- 2} \ lambda ^ { 2}}}$

действительно от 20 до 250 ° C для длин волн от 0,4 до 5 микрометров, тогда как для большей длины волны

$ne 2 ≈ 5,39121 + 4,968 × 10 - 7 f + 0,100473 + 3,862 × 10 - 8 f λ 2 - (0,20692 - 0,89 × 10 - 8 f) 2 + 100 + 2,657 × 10 - 5 f λ 2 - 11,34927 2 - (1,544 × 10 - 2 + 9,62119 × 10 - 10 λ) λ 2 {\ displaystyle {n_ {e} ^ {2} \ приблизительно 5,39121 + 4,968 \ times 10 ^ {- 7} f + {0,100473 +3,862 \ times 10 ^ {- 8} f \ over \ lambda ^ {2} - (0,20692-0,89 \ times 10 ^ {- 8} f) ^ {2}} + {100 + 2,657 \ times 10 ^ {- 5} f \ over \ lambda ^ {2} -11.34927 ^ {2}} - (1.544 \ times 10 ^ {- 2} +9.62119 \ times 10 ^ {- 10} \ lambda) \ lambda ^ {2}}}$ ${\ displaystyle {n_ {e} ^ {2} \ приблизительно 5,39121 + 4,968 \ times 10 ^ {- 7} f + {0,100473 + 3,862 \ times 10 ^ {- 8} f \ over \ lambda ^ {2} - (0,20692-0,89 \ times 10 ^ {- 8} f) ^ {2}} + {100 + 2.657 \ times 10 ^ {- 5} f \ over \ lambda ^ {2} -11.34927 ^ {2}} - (1.544 \ times 10 ^ {- 2} +9.62119 \ times 10 ^ {- 10} \ lambda) \ lambda ^ {2}}}$

, что действительно для T = 25–180 ° C, для длин волн λ от 2,8 до 4,8 мкм.

В этих уравнениях f = (T - 24,5) (T + 570,82), λ выражается в микрометрах, а T - в ° C.

В более общем плане для обычного и необычного индекса для легированного MgO Li Nb O 3:

$n 2 ≈ a 1 + b 1 f + a 2 + b 2 f λ 2 - (a 3 + b 3 f) 2 + a 4 + b 4 е λ 2 - a 5 2 - a 6 λ 2 {\ displaystyle {n ^ {2} \ приблизительно a_ {1} + b_ {1} f + {a_ {2} + b_ {2} f \ over \ lambda ^ {2} - (a_ {3} + b_ {3} f) ^ {2}} + {a_ {4} + b_ {4} f \ over \ lambda ^ {2} -a_ {5} ^ {2}} - a_ {6} \ lambda ^ {2}}}$ ${\ displaystyle {n ^ {2} \ приблизительно a_ {1} + b_ {1} f + {a_ {2} + b_ {2} f \ over \ lambda ^ {2} - (a_ {3} + b_ {3} f) ^ {2}} + {a_ {4} + b_ { 4} f \ over \ lambda ^ {2} -a_ {5} ^ {2}} - a_ {6} \ lambda ^ {2}}}$ ,

с:

Параметры	CLN, легированный 5% MgO		1% SLN, легированный MgO
Параметры	ne	no	ne
a1	5.756	5.653	5.078
a2	0.0983	0.1185	0,0964
a3	0.2020	0.2091	0,2065
a4	189,32	89,61	61,16
a5	12,52	10,85	10,55
a6	1,32 × 10	1,97 × 10	1,59 × 10
b1	2,860 × 10	7,941 × 10	4,677 × 10
b2	4,700 × 10	3,134 × 10	7,822 × 10
b3	6,113 × 10	−4,641 × 10	−2,653 × 10
b4	1,516 × 10	−2,188 × 10	1,096 × 10

для конгруэнтного Li Nb O 3(CLN) и стехиометрического Li Nb O 3(SLN).

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Ferraro, Pietro; Грилли, Симонетта; Де Натале, Паоло, ред. (2009). Сегнетоэлектрические кристаллы для фотонных приложений, включая наноразмерные методы изготовления и характеристики. Серия Спрингера по материаловедению. 91. DOI : 10.1007 / 978-3-540-77965-0. ISBN 978-3-540-77963-6.

Внешние ссылки

Лист данных Inrad по ниобату лития