Борат бария — неорганическое соединение , борат бария с химической формулой BaB2O4 или Ba(BO2 ) 2 . Он доступен в виде гидрата или дегидратированной формы, в виде белого порошка или бесцветных кристаллов. Кристаллы существуют в высокотемпературной α-фазе и низкотемпературной β-фазе, сокращенно BBO ; обе фазы являются двулучепреломляющими , и BBO является распространенным нелинейным оптическим материалом.
Борат бария был открыт и разработан Чэнь Чуантяном и другими сотрудниками Фуцзяньского института исследований структуры вещества Китайской академии наук .
Борат бария существует в трех основных кристаллических формах: альфа, бета и гамма. Низкотемпературная бета-фаза превращается в альфа-фазу при нагревании до 925 °C. β-Борат бария (BBO) отличается от α-формы положением ионов бария внутри кристалла. Обе фазы являются двупреломляющими, однако α-фаза обладает центральной симметрией и, таким образом, не имеет тех же нелинейных свойств, что и β-фаза. [4]
Альфа-борат бария, α-BaB 2 O 4, является оптическим материалом с очень широким оптическим окном пропускания от примерно 190 нм до 3500 нм. Он обладает хорошими механическими свойствами и является подходящим материалом для мощной ультрафиолетовой поляризационной оптики . [5] Он может заменить кальцит , диоксид титана или ниобат лития в призмах Глана–Тейлора , призмах Глана–Томпсона , разделителях пучка walk-off и других оптических компонентах. Он имеет низкую гигроскопичность , а его твердость по Моосу составляет 4,5. Его порог повреждения составляет 1 ГВт/см 2 при 1064 нм и 500 МВт/см 2 при 355 нм. [1]
Бета-борат бария, β-BaB 2 O 4 , является нелинейным оптическим материалом, прозрачным в диапазоне ~190–3300 нм. Он может быть использован для спонтанного параметрического понижения частоты . Его твердость по Моосу также составляет 4,5. [1] [2]
Недавно обнаруженный гамма-борат бария, γ-BaB 2 O 4 , был получен путем нагревания бета-бората бария до 900 °C под давлением 3 ГПа. Было обнаружено, что он имеет моноклинную кристаллическую структуру. [6]
Борат бария имеет сильное отрицательное одноосное двулучепреломление и может быть согласован по фазе для генерации второй гармоники типа I ( ooe ) от 409,6 до 3500 нм. Температурная чувствительность показателей преломления низкая, что приводит к необычно большой (55 °C) полосе температурного согласования фаз. [2]
Хотя при давлении окружающей среды α и β кристаллические фазы содержат только тригональный, sp 2 гибридизированный, бор, стекло BBO имеет около 40% бора на тетраэдрических, sp 3 гибридизированных, участках. В жидком состоянии относительные доли sp 2 и sp 3 бора зависят от температуры, причем тригональная плоская координация предпочтительнее при более высоких температурах. [7]
Борат бария может быть получен путем реакции водного раствора борной кислоты с гидроксидом бария . Полученный γ-борат бария содержит кристаллизационную воду , которую невозможно полностью удалить сушкой при 120 °C. Обезвоженный γ-борат бария может быть получен путем нагревания до 300–400 °C. Прокаливание при температуре около 600–800 °C приводит к полному переходу в β-форму. BBO, полученный этим методом, не содержит следовых количеств BaB 2 O 2 [8]
Кристаллы BBO для нелинейной оптики можно выращивать из расплава бората бария, оксида натрия и хлорида натрия . [9]
Тонкие пленки бората бария могут быть получены методом MOCVD из гидро-три(1-пиразолил)бората бария(II). Различные фазы могут быть получены в зависимости от температуры осаждения. [10] Тонкие пленки бета-бората бария могут быть получены методом золь-гель синтеза. [11]
Моногидрат бората бария получают из раствора сульфида бария и тетрабората натрия . Это белый порошок. Он используется в качестве добавки, например, к краскам, как антипирен , ингибитор плесени и ингибитор коррозии . Он также используется как белый пигмент .
Дигидрат бората бария получают из раствора метабората натрия и хлорида бария при 90–95 °C. После охлаждения до комнатной температуры осаждается белый порошок. Дигидрат бората бария теряет воду при температуре выше 140 °C. Он используется в качестве антипирена для красок, текстиля и бумаги. [12]
BBO — популярный нелинейный оптический кристалл. Квантовые связанные фотоны производятся с помощью бета-бората бария. Борат бария — бактерицид и фунгицид . [13] Его добавляют в краски, покрытия, клеи, пластмассы и бумажные изделия.
Борат бария устойчив к ультрафиолетовому излучению. Может выступать в качестве УФ-стабилизатора для поливинилхлорида . [14]
Растворимость бората бария является недостатком при использовании в качестве пигмента. Доступны порошки с кремниевым покрытием. Щелочные свойства и свойства анодной пассивации иона бората улучшают антикоррозионные характеристики. Обычно доступный пигмент метабората бария выпускается в трех сортах: сорт I представляет собой сам метаборат бария, сорт II смешан с 27% оксида цинка , а сорт III смешан с 18% оксида цинка и 29% сульфата кальция . Борат бария демонстрирует синергетическую эффективность с боратом цинка . [15]
Борат бария используется в качестве флюса в некоторых диэлектрических керамических составах титаната бария и цирконата свинца EIA класса 2 для керамических конденсаторов в количестве около 2%. Соотношение бария и бора имеет решающее значение для производительности флюса; содержание BaB 2 O 2 отрицательно влияет на производительность флюса. [8] [16]
Стекло на основе бариевого бората и летучей золы может использоваться в качестве радиационной защиты . Такие стекла превосходят по своим характеристикам бетон и другие стекла на основе бариевого бората. [17]