中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队 | 通过合理调控氟和羟基比例与采用阳离子活化策略实现大双折射效应 Small Struct

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文献速读

双折射晶体是用于调制光偏振的重要光学材料。近年来，研究者发现羟基氟化硼酸盐是探索新型紫外双折射材料优选体系。然而羟基氟化硼酸盐的合成机理仍不明确，定向设计存在困难。研究者通过深入研究氟化机理，成功设计并合成了一种新型羟基氟化硼酸盐(C₃N₂H₅)B₃O₃F₂(OH)₂。该材料展示出较短的紫外截止边（214nm）以及较大的双折射（0.205@546nm），具有超越商业化晶体α-BBO的潜力。本工作对紫外波段新型双折射晶体的设计和性能调控具有指导作用。

正文导读

α-BBO作为一种典型的紫外区域商业双折射晶体，展现出显著的双折射效果（0.122@532 nm），这一特性主要源自[B₃O₆]基元。不过，仅依靠[B₃O₆]基元，很难合成出性能超过α-BBO的新晶体材料。研究表明，在硼酸盐的羟基化或氟化过程中，微观层面上的硼酸盐基团展现出更优越的性能。因此，本研究致力于在羟基化和氟化过程中对[B₃O₆]单元进行定向设计。羟基氟化硼酸盐作为一种新型光学晶体的研究方向，目前相关报道不足20例。通过调节[B₃O₆]单元的F/OH比值，可以实现不同形态基团的合成。盲目调节F/OH比值，尤其是过度氟化，有可能导致性能显著下降。为了找到性能和结构的最佳平衡点，本研究根据微观性质选择了[B₃O₃F₂(OH)₂]基元进行深入研究。

我们先前发表的关于无机氧化物氟化的稳态光谱研究表明[B₃O₃F₂(OH)₂]基元潜在的反应路径。此外，“阳离子激活”已被证实为提升双折射的有效方法。在这些研究的基础上，本研究成功直接合成了一种新型羟基氟化硼酸盐(C₃N₂H₅)B₃O₃F₂(OH)₂。在AB₃O₃F₂(OH)₂（A为一价阳离子）系列中，该新型晶体展现出较大的双折射值（0.205@546 nm）和较短的紫外截止边（214 nm）。

如图1所示，通过精确调节F/OH比例和阳离子活化的协同作用，我们定向氟化合成的(C₃N₂H₅)B₃O₃F₂(OH)₂晶体的双折射率是Cs₃B₃O₃F₆的近30倍，并且优于商业化的α-BBO晶体。本文提出了一种有效的方法，通过优化氟和羟基比例与阳离子活化的协同效应，开发出具有优异双折射特性的紫外晶体材料。

图1 通过合理调节F/OH比值和阳离子活化而实现的双折射增益图。

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期刊简介

Wiley旗下的Small Structures创立于2020年。作为Small的姊妹期刊，Small Structures旨在成为发表关于亚宏观尺度结构研究的多学科、跨领域、顶尖旗舰期刊。稿件领域包括但不限于化学、物理、材料、工程和生命科学，类型包括原创研究、综述、展望、评论等。期刊最新引文指标为1.41，最新影响因子为13.9（2023）。

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