KNbO3

Kristallstruktur
__ K+     __ Nb5+      __ O2-
Allgemeines
Name	Kaliumniobat
Verhältnisformel	KNbO3
CAS-Nummer	12030-85-2
Kurzbeschreibung	farbloser durchsichtiger Kristall
Eigenschaften
Molare Masse	180,01 g/mol
Aggregatzustand	fest
Dichte	4,62 g/cm3[1]
Löslichkeit	unlöslich in Wasser
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [2] keine Gefahrensymbole R- und S-Sätze R: keine R-Sätze S: keine S-Sätze
LD50	oral Ratte 3000 mg/kg[3]
WGK	2[4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Kaliumniobat ist eine chemische Verbindung aus Kalium, Niob und Sauerstoff die als Einkristall in der Lasertechnik und für nichtlineare optische Systeme verwendet wird.

Gewinnung und Darstellung

Kaliumniobat-Einkristalle können in Kristallzuchtanlagen aus Schmelzlösungen von Niob(V)-oxid mit Kaliumoxid mit leichtem Überschuß von letzterem gezüchtet werden. Auch die Schmelzung aus Kaliumcarbonat und Niob(V)-oxid ist möglich.^[5] Bei Abkühlung der Schmelze 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

Physikalische Eigenschaften

Kaliumniobat-Kristalle besitzen eine ins orthorhombische verzerrte Perowskit-Struktur mit den Gitterparametern a = 5,697 Å, b = 3,971 Å und c = 5,722 Å. Sie haben ferroelektrische Eigenschaften,haben 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

Einkristalline Nanodrähte aus Kaliumniobat werden in der Nahfeldmikroskopie als Beleuchtungsquelle^[13] (erzeugt durch Frequenzverdopplung aus infrarotem grünes Licht) verwendet. In der Lasertechnik und nichtlineare Optik werden Kaliumniobat zum Beispiel zur Frequenzverdopplung, als Medium für optisch-parametrische Oszillatoren und anderes verwendet. In der Akustik wird es als Ultraschallquelle verwendet.

Weblinks

• Theoretische Grundlagen

Quellen

1. ↑ ^{a b} http://www.photox.co.uk/knbo3.htm
2. ↑ Sicherheitsdatenblatt (alfa-aesar)
3. ↑ http://agrippina.bcs.deakin.edu.au/bcs_admin/msds/msds_docs/Potassium%20niobate.pdf
4. ↑ http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search/ProductDetail/ALDRICH/541206
5. ↑ PatentOnline: Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls
6. ↑ Universität Osnabrück: Züchtung von KNbO3- und KTa_1-xNb_xO₃-Kristallen
7. ↑ http://knbo3.optical-components.com/
8. ↑ http://www.ii-vi.de/site/pages_de_de/vloc/vloc/knbo3.php
9. ↑ http://www.fsr.ac.ma/MJCM/vol2-art16.pdf
10. ↑ http://www.informaworld.com/smpp/content~content=a713716887~db=all
11. ↑ http://www.scientific.net/0-87849-982-2/15/
12. ↑ http://icpr.snu.ac.kr/resource/wop.pdf/J01/2005/046/R01/J012005046R010073.pdf
13. ↑ http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=9372