Lithiumniobat
| Kristallstruktur | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||
| _ 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 | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| 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 | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| Toxikologische Daten | |||||||||||||||||||
| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C | |||||||||||||||||||
Lithiumniobat ist eine chemische Verbindung mit der Formel LiNbO3. Es ist ein transparenter, kristalliner Feststoff, der nicht in der Natur vorkommt. Lithiumniobatkristalle werden üblicherweise nach dem Czochralski-Verfahren aus einer Schmelze (Gemisch aus Lithiumoxid und Niob(V)-oxid) gezogen.[4] Aufgrund seiner Kristallstruktur hat es einige technisch nutzbare Eigenschaften, vor allem als Material in der nichtlinearen Optik.
Kristallstruktur
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Lithiumniobat kristallisiert im trigonalen Kristallsystem in der Raumgruppe R3c (Raumgruppen-Nr. 161) mit den Gitterparametern a = 515 pm und c = 1386 pm sowie sechs Formeleinheiten pro Elementarzelle.[5] Die Nb5+-Kationen werden jeweils von sechs Sauerstoffatomen in Form von verzerrten Oktaedern umgeben. Diese [NbO6] verknüpfen über gemeinsame Ecken zu einem dreidimensionalen Netzwerk. In den Lücken des Netzwerks befinden sich die Li+-Kationen die ihrerseits von je zwölf Sauerstoffatomen umgeben sind. Die Koordinationszahl von 12 kann als 6+6 beschrieben werden, da sechs der Sauerstoffatome einen deutlich größeren Abstand zu Lithium haben. Als Koordinationspolyeder ergibt sich für Lithium ein stark verzerrtes Antikuboktaeder.
Physikalische Eigenschaften
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Lithiumniobat kristallisiert als farbloser Festkörper mit einem weiten Transparenzbereich beginnend im nahen UV- bis in den mittleren IR-Bereich entsprechend Wellenlängen von 320 bis 5600 nm. Lithiumniobat ist doppelbrechend und hat bei 633 nm Brechungsindices von no = 2,286 und ne = 2,202.
Die Kristalle haben eine Mohs-Härte von 5. Lithiumniobat zeigt eine Anzahl physikalischer Effekte: die stöchiometrische Zusammensetzung (LiNbO3) ist unterhalb der Curie-Temperatur Tc von 1213 °C (1486 K)[6] ferroelektrisch und dadurch optisch nichtlinear, elektrooptisch, photorefraktiv, elastooptisch, piezoelektrisch und pyroelektrisch. 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).[6] Oberhalb der Curie-Temperatur verliert das Material die ferroelektrischen Eigenschaften und geht in die paraelektrische Phase (Raumgruppe R3c (Nr. 167)) über.[7]
Herstellung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Lithiumniobat kann zum Beispiel durch Festkörper- oder Schmelzenreaktion von Lithiumcarbonat mit Niob(V)-oxid gewonnen werden.
![{\displaystyle {\mathrm {Li} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {Nb} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {LiNbO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/29cc2da94b8e5fc9f18e9b850a45bd55cef7d499)
Nanoteilchen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Nanoteilchen von Lithiumniobat werden durch Imprägnierung von porösen Trägersubstanzen durch Lösungen von Metallsalzen mit anschließender Kalzinierung und Auflösung der Trägermatrix oder durch hydrothermale Verfahren hergestellt.[8] Sphärische Nanopartikel mit einem Durchmesser von 10 nm können durch Imprägnierung einer mesoporösen Silikatmatrix mit einer wässrigen Lösung aus LiNO3 und NH4NbO(C2O4)2 und anschließendem zehnminütigen Erhitzen in einem Infrarot-Ofen hergestellt werden.[9]
Einsatzgebiete
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Interdigitaltransducer und darauf basierend
- Bandpassfilter (Oberflächenwellenfilter) in Hochfrequenz-Schaltungen, z. B. Mobiltelefonen und Fernsehern
- Laser
- Modulatoren
- Integrierte Optik
- Holographie
Ähnliche Verbindungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Das Lithiumtantalat LiTaO3 kristallisiert isotyp zu LiNbO3,[10] das heißt, es hat die gleiche Kristallstruktur.
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. Band 1. 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. Band 37, Nr. 4, 1985, S. 191–203, doi:10.1007/BF00614817.
Weblinks
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ a b c d e Datenblatt Lithium niobium oxide, Puratronic®, 99.998% (metals basis excluding Ta), Ta <50ppm bei Alfa Aesar, abgerufen am 6. Dezember 2019 (Seite nicht mehr abrufbar).
- ↑ Lithium Niobate, LiNbO3 bei 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. Band 79, Nr. 7, 2004, S. 845–849, doi:10.1007/s00340-004-1646-8.
- ↑ Tatyana Volk, Manfred Wöhlecke: Lithium Niobate. In: Springer Series in Materials Science. 2009, doi:10.1007/978-3-540-70766-0.
- ↑ R. Hsu, E. N. Maslen, D. du Boulay, N. Ishizawa: Synchrotron X-ray Studies of LiNbO3 and LiTaO3. In: Acta Crystallographica Section B Structural Science. Band 53, Nr. 3, Mai 1997, S. 420–428, doi:10.1107/S010876819600777X.
- ↑ a b K. 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. Band 212, Nr. 10, 1997, S. 712–719, doi:10.1524/zkri.1997.212.10.712.
- ↑ Rachel Grange, Jae-Woo Choi, Chia-Lung Hsieh, Ye Pu, Arnaud Magrez, Rita Smajda, László Forró, Demetri Psaltis: Lithium niobate nanowires synthesis, optical properties, and manipulation. In: Applied Physics Letters. Band 95, Nr. 14, 6. Oktober 2009, S. 143105, doi:10.1063/1.3236777.
- ↑ Annett Grigas und Stefan Kaskel: Synthesis of LiNbO3 nanoparticles in a mesoporous matrix. In: Open Access Beilstein Journal of Nanotechnology. Band 2, 2011, S. 28–33, doi:10.3762/bjnano.2.3.
- ↑ Lithiumtantalat vs. Lithiumniobat-Wafer. Abgerufen am 27. Juni 2025 (englisch).