Kaliumniobat
Kaliumniobat ist eine chemische Verbindung aus Kalium, Niob und Sauerstoff die als Einkristall in der Lasertechnik und für nichtlineare optische Systeme verwendet wird.
| Kristallstruktur | |||||||||||||
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| _ K+ _ Nb5+ _ O2− | |||||||||||||
| Allgemeines | |||||||||||||
| Name | Kaliumniobat | ||||||||||||
| Andere Namen |
Kaliummetaniobat | ||||||||||||
| Verhältnisformel | KNbO3 | ||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
orthorhombische Kristalle[1] | ||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||
| Molare Masse | 180,01 g·mol−1 | ||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||
| Dichte |
4,62 g·cm−3[1] | ||||||||||||
| Schmelzpunkt |
≈ 1100 °C[2] | ||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||
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| Toxikologische Daten | |||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | |||||||||||||
Gewinnung und Darstellung
BearbeitenKaliumniobat-Einkristalle können in Kristallzuchtanlagen aus Schmelzen von Kaliumniobat, die analysentechnisch aus Niob(V)-oxid und Kaliumoxid im leichten Überschuss bestehen, gezüchtet werden. Zuvor wird Kaliumniobat durch zusammenschmelzen von Kaliumcarbonat und Niob(V)-oxid hergestellt.[5] Bei Abkühlung der Einkristalle unter etwa 435 °C findet der Übergang von der kubischen in die ferroelektrische, tetragonale Modifikation statt. Unterhalb von etwa 220 °C liegt stabil die rhombische Struktur mit vielen (12 möglich) unterschiedlichen kristallographischen Orientierungen (Domänen) vor.[6]
Eigenschaften
BearbeitenPhysikalische Eigenschaften
BearbeitenKaliumniobat-Kristalle besitzen eine ins orthorhombische verzerrte Perowskit-Struktur mit den Gitterparametern a = 569,7 pm, b = 397,1 pm und c = 572,2 pm. Sie haben ferroelektrische Eigenschaften und eine Mohshärte von 5.[1][7] Kaliumniobat hat den größten nichtlinearen optischen Koeffizienten aller kommerziell verfügbaren anorganischen Kristalle und besitzt eine Doppelbrechung.[8] Aus diesem Grund wird die Verbindung bei Lasern für die Frequenzverdopplung und andere optische Prozesse benutzt. Er ist im Wellenlängenbereich von 400 bis 4500 nm transparent. Sein Brechungsindex ist abhängig von der Wellenlänge[9] und der Lichteinfallsrichtung in den Kristall und beträgt ≈2,2 (2,12 bei 1064 nm in x-Richtung und 2,38 bei 532 nm in z-Richtung). Da er seine Kristallstruktur bei −50 °C, 200 °C und 430 °C ändert, muss der Kristall für optische Einsatzzwecke im Temperaturbereich zwischen −40 und +200 °C gehalten werden. Zusätzlich tritt bei dem Kristall ein piezoelektrischer Effekt[10][11][12] auf, wodurch er als Ultraschallquelle genutzt werden kann.
Verwendung
BearbeitenEinkristalline Nanodrähte aus Kaliumniobat werden in der Nahfeldmikroskopie als Beleuchtungsquelle[13] (erzeugt durch Frequenzverdopplung aus infrarotem in grünes Licht) verwendet. In der Lasertechnik und nichtlinearen Optik wird Kaliumniobat zum Beispiel zur Frequenzverdopplung, als Medium für optisch-parametrische Oszillatoren und anderes verwendet. In der Akustik wird es als Ultraschallquelle verwendet.
Siehe auch
BearbeitenEinzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b c Potassium Niobate Crystal. KNbO3. ( vom 29. Juli 2013 im Webarchiv archive.today) Datenblatt bei Photox Optical Systems.
- ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Physical Constants of Inorganic Compounds, S. 4-83.
- ↑ Datenblatt Kaliumniobat bei Alfa Aesar, abgerufen am 6. Dezember 2021 (Seite nicht mehr abrufbar).
- ↑ Sicherheitsdatenblatt Potassium Niobate ( vom 29. September 2007 im Internet Archive) bei Sigma-Aldrich, vom 18. März 2004.
- ↑ Patent DE69418119T2: Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls. Angemeldet am 8. September 1994, veröffentlicht am 23. September 1999, Anmelder: Mitsui Chemicals Inc, Erfinder: Kazuhiro Yamada et al.
- ↑ Universität Osnabrück: Züchtung von KNbO3- und KTa1-xNbxO3-Kristallen ( vom 8. September 2006 im Internet Archive) (PDF; 597 kB)
- ↑ optical-components.com: KNbO3 Crystal ( vom 18. August 2007 im Internet Archive)
- ↑ ii-vi.de: KNbO3 ( vom 14. Januar 2011 im Internet Archive)
- ↑ A. Radoua, D. Khatib: Theoretical study of photorefractive effect in reduced potassium niobate crystals. ( vom 1. November 2013 im Internet Archive) (PDF; 146 kB) Laboratoire de Physique du Solide Théorique, Département de Physique, Faculté des Sciences, BP : 28/S, Université Ibn Zohr, 80000 Agadir, Maroc
- ↑ Preparation of Potassium Niobate Single-Domain Crystals and Their Piezoelectric Properties. In: Ferroelectrics. Volume 292, Issue 1.
- ↑ Electroceramics in Japan VIII. Abgerufen am 5. Mai 2019 (englisch).
- ↑ S. Wada, K. Muraoka, H. Kakemoto, T. Tsurumi: Piezoelectric Properties of Potassium Niobate Single Crystals by Domain Engineering. In: Journal of the Korean Physical Society. Vol. 46, No. 1, Januar 2005, S. 73–76.
- ↑ pro-physik.de: Nano-Lampe für Nahfeldmikroskope ( vom 28. September 2007 im Internet Archive)
Weblinks
Bearbeiten- Theoretische Grundlagen (PDF-Datei; 238 kB)