Bariumborat

Bariumborat ist eine anorganische Verbindung , ein Borat des Bariums mit der chemischen Formel BaB₂O₄ oder Ba(BO₂ ₎ ₂ _. Es ist als Hydrat oder Dehydrat, als weißes Pulver oder farblose Kristalle erhältlich. _Die Kristalle existieren in der Hochtemperatur-α-Phase und der Tieftemperatur-β-Phase, abgekürzt BBO _; beide Phasen sind doppelbrechend , und BBO ist ein gängiges nichtlineares optisches Material.

Bariumborat wurde von Chen Chuangtian und anderen Forschern des Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences , entdeckt und entwickelt .

Bariumborat existiert in drei Hauptkristallformen: α, β und γ. Die Tieftemperatur-β-Phase wandelt sich beim Erhitzen auf 925 °C (1697 °F) in die α-Phase um. β-Bariumborat (BBO) unterscheidet sich von der α-Form durch die Position der Bariumionen im Kristallgitter. Beide Phasen sind doppelbrechend, jedoch besitzt die α-Phase zentrische Symmetrie und weist daher nicht dieselben nichtlinearen Eigenschaften wie die β-Phase auf. ^{[ 4 ]}

_{Alpha -} Bariumborat, α- _BaB₂O₄ , ist ein optisches Material mit einem sehr breiten optischen Transmissionsfenster von etwa190 nm bis3500 nm . Es besitzt gute mechanische Eigenschaften und eignet sich als Werkstoff für Hochleistungs- UV- Polarisationsoptiken . ^{[ 5 ]} Es kann Calcit , Titandioxid oder Lithiumniobat in Glan-Taylor-Prismen , Glan-Thompson-Prismen , Strahlteilern und anderen optischen Komponenten ersetzen . Es ist wenig hygroskopisch und hat eine Mohs-Härte von 4,5. Seine Zerstörschwelle beträgt1 GW/ cm² ^bei1064 nm und500 MW/ cm² ^bei355 nm . ^{[ 1 ]}

Beta-Bariumborat, β- _BaB₂O₄ , ist ein nichtlineares optisches Material, das im Bereich von _~190–3300 nm . Es kann für die spontane parametrische Abwärtskonversion verwendet werden . Seine Mohs-Härte beträgt 4,5. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Das Material weist eine Schmelztemperatur von 1268 K (995 °C; 1823 °F) auf, ^{[ 6 ]} mit anisotropen thermischen Ausdehnungskoeffizienten: und α ₃₃ = 36 × 10 ⁻⁶ K ⁻¹ . ^{[ 7 ]}${\displaystyle \alpha _{11}=4\times 10^{-6}K^{-1}}$${\displaystyle \alpha _{33}=36\times 10^{-6}K^{-1}}$

Gamma-Bariumborat, γ-BaB₂O₄ _{, das} erst kürzlich entdeckt wurde, wurde durch Erhitzen von Beta-Bariumborat auf 900 °C (1650 °F) unter3 GPa Druck. Es wurde festgestellt, dass es eine monokline Kristallstruktur aufweist. ^{[ 8 ]}

Bariumborat besitzt eine starke negative einachsige Doppelbrechung und kann für die Frequenzverdopplung vom Typ I ( ooe ) phasenangepasst werden.409,6 bis 3500 nm . Die Temperaturabhängigkeit der Brechungsindizes ist gering, was zu einer ungewöhnlich großen Phasenanpassungsbandbreite (55 °C (131 °F)) führt. ^{[ 2 ]}

Obwohl die α- und β-Kristallphasen bei Umgebungsdruck ausschließlich trigonal (sp² ⁾ hybridisiertes Bor enthalten, sind in BBO-Glas etwa 40 % des Bors tetraedrisch (sp³ ⁾ hybridisiert. Im flüssigen Zustand hängen die relativen Anteile von sp²- ^und sp³ ^- Bor von der Temperatur ab, wobei die trigonal-planare Koordination bei höheren Temperaturen bevorzugt ist. ^{[ 9 ]}

Bariumborat kann durch Reaktion einer wässrigen Borsäurelösung mit Bariumhydroxid hergestellt werden . Das so erhaltene γ-Bariumborat enthält Kristallwasser , das durch Trocknen bei 120 °C (248 °F) nicht vollständig entfernt werden kann. Dehydratisiertes γ-Bariumborat erhält man durch Erhitzen auf 300–400 °C (572–752 °F). Durch Kalzinierung bei etwa 600–800 °C (1112–1472 °F) erfolgt die vollständige Umwandlung in die β ^- Form. Das nach dieser Methode hergestellte BBO enthält keine Spuren von BaB₂O₂ ^[ ₁₀ ^] _.

BBO-Kristalle für die nichtlineare Optik können aus einer mit Flussmittel versetzten Schmelze aus Bariumborat, Natriumoxid und Natriumchlorid gezüchtet werden . ^{[ 11 ]}

Dünne Bariumboratfilme lassen sich mittels MOCVD aus Barium(II)-hydro-tri(1-pyrazolyl)borat herstellen . Je nach Abscheidungstemperatur entstehen unterschiedliche Phasen. ^{[ 12 ]} Dünne β-Bariumboratfilme können durch Sol-Gel- Synthese hergestellt werden. ^{[ 13 ]}

Bariumborat-Monohydrat wird aus einer Lösung von Bariumsulfid und Natriumtetraborat hergestellt . Es ist ein weißes Pulver. Es wird beispielsweise als Zusatzstoff in Farben verwendet, unter anderem als Flammschutzmittel , Schimmelhemmer und Korrosionsinhibitor . Außerdem dient es als Weißpigment .

Bariumborat-Dihydrat wird aus einer Lösung von Natriummetaborat und Bariumchlorid bei 90–95 °C hergestellt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur fällt ein weißes Pulver aus. Bariumborat-Dihydrat verliert oberhalb von 140 °C Wasser. Es wird als Flammschutzmittel für Farben, Textilien und Papier verwendet. ^{[ 14 ]}

BBO ist ein beliebter nichtlinearer optischer Kristall. Mit Beta-Barium-Borat lassen sich quantenmechanisch gekoppelte Photonen erzeugen. Barium-Borat wirkt bakterizid und fungizid . ^{[ 15 ]} Es wird Farben, Lacken, Klebstoffen, Kunststoffen und Papierprodukten zugesetzt.

Bariumborat ist beständig gegen ultraviolette Strahlung. Es kann als UV-Stabilisator für Polyvinylchlorid dienen .

Die geringe Löslichkeit von Bariumborat ist bei dessen Verwendung als Pigment ein Nachteil. Siliciumdioxidbeschichtete Pulver sind erhältlich. Die alkalischen Eigenschaften und die anodischen Passivierungseigenschaften des Borat-Ions verbessern die Korrosionsschutzwirkung. Gängiges Bariummetaborat-Pigment ist in drei Qualitäten erhältlich: Qualität I besteht aus reinem Bariummetaborat, Qualität II ist mit 27 % Zinkoxid vermischt und Qualität III enthält 18 % Zinkoxid und 29 % Calciumsulfat . Bariumborat zeigt synergistische Wirkung mit Zinkborat . ^{[ 16 ]}

Bariumborat wird in einigen dielektrischen Keramikformulierungen aus Bariumtitanat und Bleizirkonat der EIA-Klasse 2 für Keramikkondensatoren als Flussmittel in einer Menge von etwa 2 % verwendet. Das Barium-Bor-Verhältnis ist entscheidend für die Flussmittelleistung; ein _{zu hoher} BaB₂O₂ - Gehalt beeinträchtigt die Flussmittelleistung negativ. ^{[ 10 ] [ 17 ]}

Bariumborat- Flugascheglas kann als Strahlenschutz verwendet werden . Solche Gläser sind Beton und anderen Bariumboratgläsern in ihrer Leistungsfähigkeit überlegen . ^{[ 18 ]}