Lithiumniobat
Kristallstruktur | |||||||||||||||||||
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_Li+_Nb5+_O2− | |||||||||||||||||||
Kristallsystem | |||||||||||||||||||
Raumgruppe |
R3c(Nr. 161) | ||||||||||||||||||
Gitterparameter |
a = 515 pm | ||||||||||||||||||
Koordinationszahlen |
Li[12] (6+6), Nb[6], O[6] (4+2) | ||||||||||||||||||
Allgemeines | |||||||||||||||||||
Name | Lithiumniobat | ||||||||||||||||||
Andere Namen |
Lithium-Niob-Oxid | ||||||||||||||||||
Verhältnisformel | LiNbO3 | ||||||||||||||||||
Kurzbeschreibung |
weißlicher, geruchloser Feststoff[1] | ||||||||||||||||||
Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
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Eigenschaften | |||||||||||||||||||
Molare Masse | 147,85 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
Dichte |
4,64 g·cm−3[2] | ||||||||||||||||||
Schmelzpunkt | |||||||||||||||||||
Brechungsindex |
2,2871[3](23 °C) | ||||||||||||||||||
Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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Toxikologische Daten | |||||||||||||||||||
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen(0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex:Na-D-Linie,20 °C |
Lithiumniobatist einechemische Verbindungmit der Formel LiNbO3.Es ist ein transparenter,kristallinerFeststoff, der nicht in der Natur vorkommt. Lithiumniobatkristalle werden üblicherweise nach demCzochralski-Verfahrenaus einer Schmelze (Gemisch ausLithiumoxidundNiob(V)-oxid) gezogen. Aufgrund seiner Kristallstruktur hat es einige technisch nutzbare Eigenschaften, vor allem als Material in dernichtlinearen Optik.
Kristallstruktur
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Lithiumniobat kristallisiert imtrigonalen Kristallsystemin derRaumgruppeR3c(Raumgruppen-Nr. 161) mit denGitterparameterna = 515 pm und c = 1386 pm sowie sechsFormeleinheitenpro Elementarzelle.[4]DieNb5+-Kationen werden jeweils von sechsSauerstoffatomenin Form von verzerrtenOktaedernumgeben. Diese [NbO6] verknüpfen über gemeinsame Ecken zu einem dreidimensionalen Netzwerk. In den Lücken des Netzwerks befinden sich dieLi+-Kationen die ihrerseits von je zwölf Sauerstoffatomen umgeben sind. DieKoordinationszahlvon 12 kann als 6+6 beschrieben werden, da sechs der Sauerstoffatome einen deutlich größeren Abstand zu Lithium haben. AlsKoordinationspolyederergibt sich für Lithium ein stark verzerrtesAntikuboktaeder.
Physikalische Eigenschaften
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Lithiumniobat kristallisiert als farbloser Festkörper mit einem weiten Transparenzbereich beginnend im nahenUV- bis in den mittlerenIR-Bereich entsprechend Wellenlängen von 320 bis 5600 nm. Lithiumniobat istdoppelbrechendund hat bei 633 nmBrechungsindicesvonno= 2,286 undne= 2,202.
Die Kristalle haben eineMohs-Härtevon 5. Lithiumniobat zeigt eine Anzahl physikalischer Effekte: die stöchiometrische Zusammensetzung (LiNbO3) ist unterhalb derCurie-TemperaturTcvon 1213 °C (1486 K)[5]ferroelektrischund dadurchoptisch nichtlinear,elektrooptisch,photorefraktiv,elastooptisch,piezoelektrischundpyroelektrisch.Die ferroelektrische Curie-Temperatur ist abhängig von der Zusammensetzung, so beträgt sie für die kongruente Zusammensetzung (hergestellt aus 48,45 % Li2O, 51,55 % Nb2O5) 1143 °C (1416 K).[5]Oberhalb der Curie-Temperatur verliert das Material die ferroelektrischen Eigenschaften und geht in die paraelektrische Phase (RaumgruppeR3c(Nr. 167) ) über.[6]
Herstellung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Lithiumniobat kann zum Beispiel durchFestkörper- oderSchmelzenreaktionvonLithiumcarbonatmitNiob(V)-oxidgewonnen werden.
Nanoteilchen
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Nanoteilchenvon Lithiumniobat werden durch Imprägnierung von porösen Trägersubstanzen durch Lösungen von Metallsalzen mit anschließenderKalzinierungund Auflösung der Trägermatrix oder durch hydrothermale Verfahren hergestellt. Sphärische Nanopartikel mit einem Durchmesser von 10 nm können durch Imprägnierung einer mesoporösen Silikatmatrix mit einer wässrigen Lösung aus LiNO3und NH4NbO(C2O4)2und anschließendem zehnminütigen Erhitzen in einem Infrarot-Ofen hergestellt werden.[7]
Einsatzgebiete
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Interdigitaltransducerund darauf basierend
- Bandpassfilter(Oberflächenwellenfilter) in Hochfrequenz-Schaltungen, z. B. Mobiltelefonen und Fernsehern
- Laser
- Modulatoren
- Integrierte Optik
- Holographie
Ähnliche Verbindungen
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]DasLithiumtantalatLiTaO3kristallisiertisotypzu LiNbO3,das heißt, es hat die gleicheKristallstruktur.
Siehe auch
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Literatur
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- A. M. Prokhorov, Yu S. Kuz'minov:Physics and Chemistry of Crystalline Lithium Niobate.Institute of Physics Publishing, 1999,ISBN 0-85274-002-6.
- A. Räuber:Chemistry and physics of lithium niobate.In:Current Topics in Materials Science.Band1.Elsevier Science Publishing, 1978,ISBN 0-7204-0708-7,S.481–601.
- R. S. Weis, T. K. Gaylord:Lithium niobate: Summary of physical properties and crystal structure.In:Applied Physics A: Materials Science & Processing.Band37,Nr.4,1985,S.191–203,doi:10.1007/BF00614817.
Einzelnachweise
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- ↑abcdeDatenblattLithium niobium oxide, Puratronic®, 99.998% (metals basis excluding Ta), Ta <50ppmbeiAlfa Aesar,abgerufen am 6. Dezember 2019(Seite nicht mehr abrufbar).
- ↑Lithium Niobate, LiNbO3bei Almaz Optics, abgerufen am 23. August 2011.
- ↑A. Alcázar de V., B. Ramiro, J. Rams, B. Alonso, G. Rojo, V. Bermúdez, J.M. Cabrera:Temperature effects in proton exchanged LiNbO3 waveguides.In:Applied Physics B.Band79,Nr.7,2004,S.845–849,doi:10.1007/s00340-004-1646-8.
- ↑R. Hsu, E. N. Maslen, D. du Boulay, N. Ishizawa:Synchrotron X-ray Studies of LiNbO3and LiTaO3.In:Acta Crystallographica Section B Structural Science.Band53,Nr.3,Mai 1997,S.420–428,doi:10.1107/S010876819600777X.
- ↑abK. K. Wong:Properties of Lithium Niobate.Emis. Datareviews Series, No. 28, London 2002,ISBN 0-85296-799-3.
- ↑H. Lehnert, H. Boysen, F. Frey, A. Hewat, P. Radaelli:A neutron powder investigation of the high-temperature structure and phase transition in stoichiometric LiNbO3.In:Zeitschrift für Kristallographie.Band212,Nr.10,1997,S.712–719,doi:10.1524/zkri.1997.212.10.712.
- ↑Annett Grigas undStefan Kaskel::Synthesis of LiNbO3nanoparticles in a mesoporous matrix.In:Open AccessBeilstein Journal of Nanotechnology.Band2,2011,S.28–33,doi:10.3762/bjnano.2.3.