研究目的
采用垂直布里奇曼法生长高质量的2-羟基-1-萘甲醛(2H1N)单晶,并研究其结构、热学、光学和电学性质,以应用于非线性光学领域。
研究成果
采用垂直布里奇曼法生长的2H1N单晶展现出优异的结构完整性、高光学透明度、显著的三阶非线性光学极化率(χ3 = 1.90 × 10?? esu)、良好的光限幅与钳位性能,以及低损耗的优良介电特性。这些发现表明该材料非常适合用于光子学应用,如光限幅器、传感器和非线性光学器件。
研究不足
该晶体仅在85°C以下具有热稳定性,限制了其高温应用。本研究聚焦于单一有机化合物,未涉及规?;蚱骷晌侍?。潜在优化方向包括探索其他生长技术或掺杂以改善性能。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用垂直布里奇曼法进行晶体生长,使用双壁安瓿控制热应力和成核。表征方法包括:TG-DTA用于热分析,SXRD和PXRD用于结构分析,NMR和FTIR用于键合与官能团分析,UV-Vis-NIR用于光学透射率,z扫描用于非线性光学特性,介电测量用于电学性能。
2:样品选择与数据来源:
原料2H1N购自西格玛奥德里奇(技术级,H45353)。晶体在实验室内部生长并分析。
3:实验设备与材料清单:
设备包括垂直布里奇曼炉、双壁硼硅酸盐玻璃安瓿(3.3型玻璃)、布鲁克KAPPA APEXII单晶X射线衍射仪、布鲁克D8 Advance粉末X射线衍射仪、布鲁克Avance III 500 MHz核磁共振波谱仪、珀金埃尔默Spectrum1 ATR-FT-IR仪器、珀金埃尔默Lambda-35 UV-Vis-NIR光谱仪、配备532 nm二极管泵浦Nd:YAG激光器的z扫描装置,以及日置3532-50 LCR HiTester用于介电测量。
4:3型玻璃)、布鲁克KAPPA APEXII单晶X射线衍射仪、布鲁克D8 Advance粉末X射线衍射仪、布鲁克Avance III 500 MHz核磁共振波谱仪、珀金埃尔默Spectrum1 ATR-FT-IR仪器、珀金埃尔默Lambda-35 UV-Vis-NIR光谱仪、配备532 nm二极管泵浦Nd:
4. 实验流程与操作步骤:安瓿装入2H1N后真空密封,在炉中以0.3毫米/小时速度平移生长。生长完成后,晶体经切割、抛光并进行多项分析:38°C至500°C的TG-DTA测试,SXRD测定晶格参数,PXRD进行物相分析,NMR在丙酮-d6溶剂中测试,FTIR扫描范围450-4000 cm?1,UV-Vis-NIR覆盖200-1100 nm波长,z扫描采用开孔与闭孔模式,介电测量频率范围50 Hz至5 MHz。
5:实验流程与操作步骤:
5. 数据分析方法:采用XRD指标化软件处理数据,通过理论拟合获取z扫描参数(n2、β、χ3),光学与介电性能数据通过标准公式计算。
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Single Crystal X-ray Diffractometer
KAPPA APEXII
Bruker
Structural analysis to determine lattice parameters
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Powder X-ray Diffractometer
D8 Advance
Bruker
Phase analysis of the crystal
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NMR Spectrometer
Avance III 500 MHz
Bruker
Analysis of bonding and structure using 1H and 13C NMR
-
FTIR Spectrometer
Spectrum1 ATR-FT-IR
Perkin Elmer
Detection of functional groups and vibrations
-
UV-Vis-NIR Spectrometer
Lambda-35
Perkin-Elmer
Measurement of optical transmittance
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2-Hydroxy-1-naphthaldehyde
H45353
Sigma Aldrich
Raw material for crystal growth
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Laser
Diode-pumped Nd:YAG
Source for z-scan measurements of nonlinear optical properties
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LCR Meter
3532-50 HiTester
HIOKI
Dielectric measurements
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Double-wall Ampoule
Container for crystal growth using vertical Bridgman method
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