碘硼酸盐非线性光学晶体材料的固相合成、结构与性能研究

硼酸盐长期以来都是无机非线性光学材料的研究热点，其中BBO和LBO已经得以商业化生产，并被广泛应用于激光变频技术。但在实际应用中它们越来越表现出倍频系数不够高、透光范围不够宽等不足之处。我们的最新研究表明，I-阴离子与Pb2+的孤对电子效应以及硼氧基团的协同作用使得Pb2B5O9I晶体材料表现出目前硼酸盐体系中最强的粉末倍频效应。本项目拟采用高温固相合成手段，在利用某些金属离子构建非对称单元或影响局部偶极空间取向的同时，充分考虑非氧阴离子对局部极化作用的加强功能，设计合成一系列具有孤对电子效应主族金属和d0过渡金属的四元碘硼酸盐以及它们与碱金属或碱土金属组合的五元碘硼酸盐晶体材料，表征其晶体结构和非线性光学性能，结合密度泛函理论和Aversa-Sipe的长度表象模型，从电子结构层面阐明阴阳离子协同作用影响宏观倍频系数的规律，从而为设计和筛选高效无机非线性光学材料提供坚实的科学研究基础。

基于气相传输法，发展了一种在封闭体系中利用单质B与I的结合原位提供碘阴离子的B-I化法。该方法不仅避免了获得碘化物原料的困难，而且操作简便、对环境无污染、反应高效、成本低廉。利用该方法合成了晶体结构已知的具有包括二阶非线性光学性能在内的多功能材料碘方硼石M3B7O13I（M = Mn, Fe, Co, Ni, Cd)。同时，还获得一例具有二阶非线性光学性能的新化合物Mg3B7O13I，其粉末倍频强度约为KDP的0.5倍。该化合物晶体结构由共轴向顶点连接的MgO4I2八面体子结构与共顶点连接的BO4四面体子结构穿插而成，属非中心对称空间群F ̅43c 。.受邀为前期关于Pb2B5O9I的研究工作撰写综述性专章。将卤硼酸铅系列Pb2B5O9X (X = I-, Br-, Cl-)与他人已受理专利的阳离子掺杂BBO结合，对材料的光学性能、晶体结构、电子结构、二倍频效应产生机理做了深入的对比研究，分别提出了对材料宏观非线性性能指标的提高起着至关重要作用的阴离子效应和阳离子效应。.在本项目的资助下，已经发表标注论文共2篇，申请中国发明专利1件，并且协助指导硕士研究生一名。