Lithiumniobat

Kristallstruktur
_Li+0_Nb5+0_O2−
Kristallsystem	trigonal
Raumgruppe	R3c(Nr. 161)Vorlage:Raumgruppe/161
Gitterparameter	a = 515 pm c = 1386 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
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 12031-63-9 EG-Nummer 234-755-4 ECHA-InfoCard 100.031.583 PubChem 159404 ChemSpider 10605804 Wikidata Q424481
Eigenschaften
Molare Masse	147,85 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	4,64 g·cm−3
Schmelzpunkt	1275°C
Brechungsindex	2,2871(23 °C)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H:keine H-Sätze P:keine P-Sätze
Toxikologische Daten	8000 mg·kg−1(LD50,Ratte,oral)
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

Lithiumniobat kristallisiert imtrigonalen Kristallsystemin derRaumgruppeR3c(Raumgruppen-Nr. 161)Vorlage:Raumgruppe/161mit denGitterparameterna = 515 pm und c = 1386 pm sowie sechsFormeleinheitenpro Elementarzelle.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

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 nmBrechungsindicesvonn_o= 2,286 undn_e= 2,202.

Die Kristalle haben eineMohs-Härtevon 5. Lithiumniobat zeigt eine Anzahl physikalischer Effekte: die stöchiometrische Zusammensetzung (LiNbO₃) ist unterhalb derCurie-TemperaturT_cvon 1213 °C (1486 K)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).Oberhalb der Curie-Temperatur verliert das Material die ferroelektrischen Eigenschaften und geht in die paraelektrische Phase (RaumgruppeR3c(Nr. 167)Vorlage:Raumgruppe/167) über.

Herstellung

Lithiumniobat kann zum Beispiel durchFestkörper- oderSchmelzenreaktionvonLithiumcarbonatmitNiob(V)-oxidgewonnen werden.

${\ce {Li2CO3 + Nb2O5 -> 2LiNbO3 + CO2 ^}}$

Nanoteilchen

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.

Einsatzgebiete

• Interdigitaltransducerund darauf basierend
• Bandpassfilter(Oberflächenwellenfilter) in Hochfrequenz-Schaltungen, z. B. Mobiltelefonen und Fernsehern
• Laser
• Modulatoren
• Integrierte Optik
• Holographie

Ähnliche Verbindungen

DasLithiumtantalatLiTaO₃kristallisiertisotypzu LiNbO₃,das heißt, es hat die gleicheKristallstruktur.

Siehe auch

• Kaliumniobat
• Natriumniobat

Literatur

• 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.