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含阳离子基团中远红外非线性光学晶体材料的结构设计及性能强化

批准号:
22075283
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
刘彬文
学科分类:
无机功能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘彬文

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
通过非线性光学(NLO)晶体的变频效应获得中远红外激光在军事和民用领域具有重要的应用。同时具有大的NLO系数和高的激光损伤阈值(LDT)的NLO晶体材料是实现高功率激光的关键。传统中远红外NLO晶体的结构模型通常为“简单阳离子”和“阴离子基团”,注重对阴离子基团的结构设计以提升NLO系数,该结构模型中能满足兼具大NLO系数和高LDT要求的材料极少。本项目创新性地提出以强离子性的碱(土)金属卤化物盐为“阳离子基团”(拓宽带隙进而提高LDT),以共价性的金属硫属化合物为“阴离子基团”(增强NLO效应),采用双功能基元协同构筑新材料的研究思路,开展高性能中远红外NLO材料的结构设计、可控制备、NLO效应及LDT等性能研究;获得2-3个具有应用前景的中远红外NLO新晶态材料;并揭示功能基元的结构特征及其与NLO性能的关系规律;预期发表高质量论文6-8篇,申请发明专利4-6件,培养研究生3-5名。
英文摘要
Nonlinear optical (NLO) crystals can produce mid-far infrared (MFIR) lasers based on their frequency conversion capbility, which are widely applied in the national defense and civil applications. A NLO crystal material that simultaneously possesses large NLO properties and high laser-induced damage threshold (LDT) is crucial to generate high power laser. The general structure model of traditional MFIR NLO materials contains "simple cation" and "anion group". It is mainly focused on the structure design of anion group to improve the NLO coefficient, and few of those meets the requirements of both large NLO coefficient and high LDT. In this project, we propose the new idea that the ionic alkali (or earth-alkali) metal halide salt serve as "cationic group" to broad bandgap and to improve LDT, and covalent metal chalcogenide serve as "anionic group" to increase NLO intensity, and the double functional motifs are assembled together to synergistically construct new materials. Then the synthesis, structure, NLO and laser damage performances of these NLO materials will be intensively investigated. Finally, the goal of discovering 2-3 promising MFIR NLO material candidates and revealing the relationships between their structural characteristics and NLO properties will be achieved. Moreover, publishing 6-8 high quality papers, applying for 4-6 patents and supervising 3-5 graduate students will be completed.
该研究项目在执行期间,系统开展了中远红外波段非线性光学(NLO)晶体材料的结构设计、制备合成、理论计算、晶体生长和光学性能研究,严格遵循计划要求,完成了申请书中设定的预期目标。通过非线性光学(NLO)晶体的变频效应,获得中远红外激光在军事和民用领域具有重要意义。同时,具备大NLO系数和高激光损伤阈值的NLO晶体材料是实现高功率激光的关键。传统中远红外NLO晶体的结构模型通常为“简单阳离子”和“阴离子基团”,主要通过优化阴离子基团的结构来提高NLO系数,但在该结构模型中,能够同时满足大NLO系数和高激光损伤阈值要求的材料非常有限。项目创新性地提出以强离子性的碱(土)金属卤化物盐为“阳离子基团”(以拓宽带隙进而提高激光损伤阈值),以共价性的金属硫属化合物为“阴离子基团”(以增强NLO效应),采用双功能基元协同构筑新材料的研究思路,开展了高性能中远红外NLO材料的结构设计和可控制备。结合两个方向,合成了0D聚阳离子穿插于3D阴离子基团,以及1D聚阳离子穿插于3D阴离子基团,从类金刚石结构类型出发,利用聚阳离子和多个四面体之间的非等同原子配位取代,获得了一系列聚阳离子硫属化合物。同时,测试了其NLO效应及激光损伤阈值等性能,并揭示了功能基元的结构特征及其与NLO性能的关系规律。项目期间,共发表高质量论文41篇,申请发明专利10件,晋升1名研究员,培养1名博士生和10名硕士研究生。
高性能超四面体Tn团簇基红外非线性光学材料的设计合成
含孤对电子金属阳离子的硫卤化物红外非线性光学晶体材料的探索
国内基金
海外基金