一種有機(jī)吡啶鹽晶體生長(zhǎng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于非線(xiàn)性光學(xué)晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種有機(jī)吡啶鹽晶體生長(zhǎng)控制方法，特別是一種較大表面積、較薄厚度的有機(jī)吡啶鹽DAST晶體生長(zhǎng)控制方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]太赫茲波(THz)是指0.1-1OTHz的電磁波，該波段處于傳統(tǒng)電子學(xué)和光子學(xué)研究的邊緣頻譜區(qū)，是電磁波譜中唯一未進(jìn)行全面研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的最后一個(gè)波譜區(qū)間。THz波段具有光子能量低、頻率高、空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于光譜學(xué)成像、無(wú)損檢測(cè)、安檢、質(zhì)量控制、高精度保密雷達(dá)、衛(wèi)星間寬帶通信等領(lǐng)域。但是，與十分成熟的微波技術(shù)與光學(xué)技術(shù)相比，目前太赫茲波的產(chǎn)生和探測(cè)技術(shù)仍十分落后，特別是穩(wěn)定高效的THz輻射源的缺乏已成為制約太赫茲光電子技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
[0003]目前，無(wú)機(jī)晶體(ZnTe，InAs等)、天線(xiàn)以及空氣等離子體等可作為太赫茲輻射源，但是從產(chǎn)生的頻譜寬度、成本、信噪比等方面考慮，無(wú)機(jī)晶體作為T(mén)Hz輻射源材料仍然存在一定的局限性，而有機(jī)DAST晶體具有較大的二階非線(xiàn)性光學(xué)系數(shù)(dn= 290?310pm/V，是LiNbOj^數(shù)十倍)、較高的電光系數(shù)以及較低的介電常數(shù)(與LiMO3, M = Nb、Ta晶體相比)，有機(jī)晶體作為太赫茲發(fā)射源時(shí)其頻譜寬度能夠覆蓋整個(gè)太赫茲波段，且太赫茲脈沖短，飛行時(shí)間分辨率高，成本更低，研究表明，DAST是迄今產(chǎn)生THz波效率最高的有機(jī)非線(xiàn)性光學(xué)晶體，不僅利于差頻相位匹配及THz波的產(chǎn)生，而且還非常適合于THz波輻射的高速調(diào)制和探測(cè)。因此，有機(jī)DAST晶體是構(gòu)建THz輻射源的一種理想材料(F.Pan, G.Knopfle, C.Bosshard, S.Follonier, R.Spreiter, M.S.Wong andP.Gunter, Electro-opticproperties of the organic salt 4~N, N-methyl-stibazolium tosylate,Appl.Phys.Lett.1996,69(1):13-15) o較大表面積、較薄厚度(<2mm)的高質(zhì)量4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶對(duì)甲苯磺酸鹽(DAST)晶體是產(chǎn)生更寬頻譜范圍的THz波的重要保證，是實(shí)現(xiàn)該晶體應(yīng)用的前提，雖然現(xiàn)在已發(fā)展了多種DAST晶體生長(zhǎng)方法，但制備出的晶體尺寸不很理想，尤其是厚度不一，加上晶體較脆，從而增加了加工難度，提高了成本，此外，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性差。因此，尋求一種有機(jī)吡啶鹽晶體的可控生長(zhǎng)方法，生長(zhǎng)較大表面積的DAST晶體，并控制晶體厚度在需要的范圍內(nèi)，減少加工步驟，從而使其滿(mǎn)足寬頻THz波產(chǎn)生的需求，對(duì)于目前推動(dòng)THz技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有DAST晶體生長(zhǎng)技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種有機(jī)吡啶鹽晶體生長(zhǎng)控制方法，利用自行設(shè)計(jì)的籽晶架進(jìn)行晶體的可控生長(zhǎng)，制備出較大表面積、較薄厚度的晶體，從而為太赫茲輻射波的產(chǎn)生與探測(cè)提供一種非常重要的有機(jī)輻射源材料。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在有機(jī)吡啶鹽晶體生長(zhǎng)控制裝置中實(shí)現(xiàn)，具體包括以下步驟:
[0006](I)將純度>99.7%的DAST原料放入真空干燥箱，抽真空后在100°C?130°C下干燥，得到干燥的DAST原料備用；
[0007](2)利用純度>99.8%的甲醇和步驟(I)中得到的DAST原料配制2?4g/100mL的DAST-甲醇溶液400mL，將DAST-甲醇溶液倒入生長(zhǎng)瓶，再將刻有凹槽的聚四氟乙烯板放入DAST-甲醇溶液中，使聚四氟乙烯板與生長(zhǎng)瓶的底部成30°角進(jìn)行DAST籽晶的培育，將DAST-甲醇溶液在高于其飽和溫度的條件下保溫I?7天后將溫度降至飽和點(diǎn)附近，并以0.02?0.10C /天的速度降溫，直至在聚四氟乙烯板凹槽處析出DAST晶粒，將DAST晶粒烘干備用，DAST晶粒的長(zhǎng)為2?4mm，寬為2?4mm，厚為0.1?0.3mm ；
[0008](3)利用純度>99.8 %的甲醇和步驟(I)中得到的DAST原料配制濃度為2?5g/100ml的DAST-甲醇溶液500?800ml作為生長(zhǎng)溶液，將生長(zhǎng)溶液加熱攪拌溶解后，使用精度為0.1?0.45um的超細(xì)微孔濾膜進(jìn)行抽濾，然后將抽濾后的生長(zhǎng)溶液倒入玻璃容器中，并將生長(zhǎng)溶液的溫度加熱至45?50°C后保溫I?7天；
[0009](4)利用偏光顯微鏡從步驟(2)培育的晶粒中挑選晶面形狀規(guī)整、發(fā)育良好的DAST晶粒作為籽晶，將籽晶置于下載晶板的中央部位，其中籽晶的ab晶面平行于下載晶板的平面，用尼龍螺絲將上載晶板和下載晶板固定形成籽晶架；
[0010](5)將籽晶架放入生長(zhǎng)溶液中，將生長(zhǎng)溶液的溫度緩慢降至平衡溫度，使得籽晶的晶面外形充分恢復(fù)，減少生長(zhǎng)過(guò)程中缺陷的產(chǎn)生，然后再以0.05?0.2°C /天的速率降溫，進(jìn)入晶體生長(zhǎng)階段；DAST晶體在籽晶架的限制下進(jìn)行生長(zhǎng)，40-80天后取出，得到長(zhǎng)為18?35mm、寬為18?35mm、厚為0.5?2mm的較大表面積、較薄厚度的DAST晶體。
[0011]本發(fā)明所述有機(jī)吡啶鹽晶體生長(zhǎng)控制裝置的主體結(jié)構(gòu)包括硅膠塞、玻璃容器、上載晶板、下載晶板、熱電偶、密封板、聚四氟乙烯棒、生長(zhǎng)溶液、溫控表、紅外燈、尼龍螺絲和籽晶；玻璃容器的兩側(cè)分別放置有紅外燈，其中一側(cè)的紅外燈連接有溫控表，溫控表與放入生長(zhǎng)溶液中的熱電偶連接；玻璃容器上蓋有密封板，下載晶板上刻有長(zhǎng)、寬皆為4mm，深度為0.5?2mm的凹槽，下載晶板的中間放置有籽晶，上載晶板和下載晶板之間通過(guò)尼龍螺絲固定；上載晶板上方放置有聚四氟乙烯棒，上載晶板、下載晶板、聚四氟乙烯棒和尼龍螺絲組合構(gòu)成籽晶架，籽晶架放入生長(zhǎng)溶液中，聚四氟乙烯棒上端設(shè)置有硅膠塞。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其生長(zhǎng)方法簡(jiǎn)單，操作方便，通過(guò)設(shè)計(jì)新型籽晶架及改進(jìn)的生長(zhǎng)工藝，能夠有效控制晶體生長(zhǎng)的厚度，增大晶體表面積，有利于獲得高質(zhì)量的有機(jī)類(lèi)太赫茲輻射源材料，降低晶體的加工難度，提高晶體利用率。
【附圖說(shuō)明】
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[0013]圖1為本發(fā)明所述有機(jī)吡啶鹽晶體生長(zhǎng)控制裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1生長(zhǎng)出的尺寸為19 X 18 X 2mm的DAST晶體圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0015]下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]本實(shí)施例在有機(jī)吡啶鹽晶體生長(zhǎng)控制裝置中實(shí)現(xiàn)，具體包括以下步驟:
[0017](2)將純度>99.7%的DAST原料放入真空干燥箱，抽真空后在100°C?130°C下干燥，得到干燥的DAST原料備用；
[0018](2)利用純度>99.8%的甲醇和步驟(I)中得到的DAST原料配制2?4g/100mL的DAST-甲醇溶液400mL，將DAST-甲醇溶液倒入生長(zhǎng)瓶，再將刻有凹槽的聚四氟乙烯板放入DAST-甲醇溶液，使聚四氟乙烯板與生長(zhǎng)瓶的底部成30°角進(jìn)行DAST籽晶的培育，將DAST-甲醇溶液在高于其飽和溫度的條件下保溫I?7天后將溫度降至飽和點(diǎn)附近，并以0.02?0.10C /天的速度降溫，直至在聚四氟乙烯板凹槽處析出DAST晶粒，將DAST晶粒烘干備用，DAST晶粒的長(zhǎng)為2?4mm，寬為2?4mm，厚為0.1?0.3mm ；
[0019](3)利用純度為>99.8%的分析純甲醇和步驟(I)中得到的DAST原料配制濃度為2?5g/100ml的DAST-甲醇溶液500?800ml作為生長(zhǎng)溶液8，將生長(zhǎng)溶液8加熱攪拌溶解后，使用精度為0.1?0.45um的超細(xì)微孔濾膜進(jìn)行抽濾，然后將抽濾后的生長(zhǎng)溶液8倒入玻璃容器2中，并將生長(zhǎng)溶液8的溫度加熱至45?50°C，保溫I?7天；
[0020](4)利用偏光顯微鏡從步驟(2)培育的晶粒中精選晶面形狀規(guī)整、發(fā)育良好的晶粒作為籽晶12，將籽晶12置于下載晶板4的中央部位，其中籽晶12的ab晶面平行于下載晶板4的平面，用尼龍螺絲11將上載晶板3和下載晶板4固定形成籽晶架；
[0021](5)將籽晶架放入生長(zhǎng)溶液8中，將生長(zhǎng)溶液8的溫度緩慢降至平衡溫度，使得DAST籽晶12的晶面外形充分恢復(fù)，減少生長(zhǎng)過(guò)程中缺陷的產(chǎn)生，然后再以0.05?0.2°C /天的速率降溫，進(jìn)入晶體生長(zhǎng)階段；DAST晶體在籽晶架的限制下進(jìn)行生長(zhǎng)，40-80天后取出，得到尺寸為(18?35)mmX (18?35)mmX (0.5?2)mm較大表面積、較薄厚度的DAST晶體。