非线性光学材料双硫脲氯化锌的制备及性能表征

江强

摘 要：采用热分析仪对材料的热性能进行了测试，热分析显示该材料的分解温度为221 ℃，在163 ℃会发生相变。使用光谱仪对材料的透光性进行了测试，测试结果表明材料在整个可将光波段、部分紫外光和近红外光波段有很大的透过率，其截止波长为300 nm，是很好的光学窗口材料。

关键词：非线性光学材料；溶液生长；热分析；光学性能

引言 近几年来，由于非线性光学材料在远距离通信，光数据存储，光信号处理，光电装置中的重要作用，它受到了人们越来越多的关注。在众多非线性光学材料中，半有机晶体非线性光学材料具有优异的热稳定性，较大的掺杂能力，较大的非线性极化率和较高的紫外-可见光透过率。这使得它具有极大的应用前景。因此，越来越多的研究也集中在这一类材料上。双硫脲氯化锌是半有机晶体非线性光学材料中的一种，它不仅具有半有机晶体非线性光学材料的特点而且还具有低的角度敏感性和强烈地光子与分子间相互作用，这些性能使它能够很好的满足光电装置、二次谐波发生装置以及在远距离通信，光数据存储，光信号处理等方面的需求。本文将介绍一种采用蒸发结晶制备双硫脲氯化锌晶体的方法，并对其结构和性能进行测试。

1实验部分

1.1试剂与仪器

本实验使用的试剂为硫脲、氯化锌均为分析纯（国药集团化学试剂有限公司）。使用的仪器是飞利浦Xper PRO XRD、耐驰STA449热分析仪、珀金埃尔Spectrum100红外光谱仪、翱艺A360光谱仪。

1.2样品制备

按物质的量之比为2/1称取硫脲和氯化锌，将硫脲和氯化锌分别溶于去离子水中，不断搅拌直到分散均匀。将制得的两种溶液混合，在室温下蒸发结晶。氯化锌和硫脲的反应方程式为ZnCl2+2[CS（NH2）2]=Zn[CS（NH2）2]2Cl2

2实验结果与讨论

2.1 X射线衍射物相分析

图二为样品的X射线衍射图。由X射线衍射图可知，样品的三强峰对应的晶面为（200）、（210）、（400），根据Scherrer公式 D = Kγ/BCOSθ（K为Scherrer常数、D为晶粒垂直于晶面方向的平均厚度、B为实测样品衍射峰半高宽度、θ为衍射角、γ为X射线波长，为0.154056 nm）计算得到晶粒垂直于这三个晶面方向的平均厚度分别为145 nm、573 nm、283 nm。X射線衍射图中细窄的峰形也暗示着样品高的结晶度和好的结晶质量。X射线衍射图中无杂峰出现，样品为很好的单相，这表明氯化锌和硫脲的混合液中反应析出物仅为双硫脲氯化锌这一种物质。

图一 双硫脲氯化锌晶体

图二 样品的XRD图

2.2红外光谱分析

图三为样品的红外光谱图。由分析可知，硫脲的NH对称和非对称伸缩振动频率在3340 cm-2和3116 cm-1间形成一个宽泛的包络线。硫脲中CH的伸缩振动频率（1089 cm-1和1472 cm-1）漂移至更高的频率（1102 cm-1和1496 cm-1）。CS键的伸缩振动频率（1417 cm-1和740 cm-1）则向更低的频率漂移（1404 cm-1和715 cm-1）。这些现象表明金属锌通过硫原子和硫脲形成配合物。

图三 样品的红外光谱图

2.3热分析

图四为样品的热重和差热分析图。由图可知，在100 ℃附近样品的质量并没有减少，表明样品中不含水。从热重曲线可以看出，在221 ℃处样品的质量开始逐渐减小，差热曲线显示在240 ℃出现一个较大的吸热峰，这表明样品在221 ℃开始分解，其分解温度为221 ℃。差热曲线在163 ℃处出现一个很大的吸热峰，但是热重曲线表明在该处样品的质量并没有发生变化，Sweta Moitra等人认为，在此处双硫脲氯化锌可能是发生了相变。

图四 样品的热重和差热曲线

3 结论

通过蒸发结晶的方式制得半有机晶体非线性光学材料双硫脲氯化锌。X射线衍射分析表明该材料为很好的单相。红外光谱分析证实了锌和硫脲中的硫原子形成了化学键。热分析显示在材料分解前会发生相变，材料较高的分解温度（221 ℃）为其在激光装置方面的使用提供了条件。材料的透射光谱显示其在整个可见光波段、部分紫外光以及近红外光波段内都有很大的透过率，其透过截止波长为300 nm，这使得该材料可以作为光学窗口器件。

参考文献

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