بورات الباريوم

بورات الباريوم مركب غير عضوي ، وهو بورات الباريوم ذو الصيغة الكيميائية BaB₂O₄ أو Ba(BO₂ ₎ ₂ _. يتوفر على شكل هيدرات أو ماء _{، كمسحوق أبيض} أو بلورات عديمة اللون. توجد البلورات في طور ألفا عالي الحرارة وطور بيتا منخفض الحرارة، ويُختصر كل منهما بـ BBO ؛ كلا الطورين يتميزان بانكسار مزدوج ، وBBO مادة بصرية غير خطية شائعة .

تم اكتشاف وتطوير بورات الباريوم بواسطة تشين تشوانغتيان وآخرين من معهد فوجيان للأبحاث حول بنية المادة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم .

يوجد بورات الباريوم في ثلاثة أشكال بلورية رئيسية: ألفا، وبيتا، وجاما. يتحول طور بيتا، الذي يتشكل عند درجات الحرارة المنخفضة، إلى طور ألفا عند تسخينه إلى 925 درجة مئوية (1697 درجة فهرنهايت) . يختلف طور بيتا من بورات الباريوم (BBO) عن طور ألفا في مواقع أيونات الباريوم داخل البلورة. كلا الطورين يتميزان بانكسار مزدوج، إلا أن طور ألفا يتمتع بتناظر مركزي، وبالتالي لا يمتلك نفس الخصائص غير الخطية لطور بيتا. ^{[ 4 ]}  

_يُعدّ بورات الباريوم ألفا، α-BaB₂O₄ _، مادة بصرية ذات نافذة نفاذية بصرية واسعة جدًا تبدأ من حوالي190  نانومتر إلى يبلغ طول موجة امتصاصه 3500 نانومتر . يتميز بخصائص ميكانيكية جيدة، وهو مادة مناسبة لبصريات الاستقطاب فوق البنفسجية عالية القدرة . ^{[ 5 ]} يمكن استخدامه كبديل للكالسيت ، أو ثاني أكسيد التيتانيوم ، أو نيوبات الليثيوم في موشورات غلان-تايلور ، وموشورات غلان-تومسون ، ومقسمات الحزم الضوئية ، وغيرها من المكونات البصرية. يتميز بانخفاض استرطابيته ، وتبلغ صلابته على مقياس موس 4.5. عتبة تلفه هي1  جيجاواط/ سم² ^عند1064  نانومتر و500  ميجاواط /سم² ^عند355  نانومتر . ^{[ 1 ]}

بورات الباريوم بيتا، β-BaB₂O₄ _، هي مادة بصرية غير خطية _شفافة في نطاق ~يتراوح طول موجة هذا المركب بين 190 و3300  نانومتر . ويمكن استخدامه في التحويل البارامتري التلقائي للترددات المنخفضة . وتبلغ صلابته على مقياس موس 4.5. ^{[ 1 ] [ 2 ]} ويبلغ متوسط ​​درجة انصهاره 1268 كلفن (995 درجة مئوية؛ 1823 درجة فهرنهايت) ، ^{[ 6 ]} مع معاملات تمدد حراري متباينة الخواص.   ${\displaystyle \alpha _{11}=4\times 10^{-6}K^{-1}}$و${\displaystyle \alpha _{33}=36\times 10^{-6}K^{-1}}$ α ₃₃ = 36 × 10 ⁻⁶ ك ⁻¹ . ^{[ 7 ]}

تم إنتاج بورات الباريوم غاما، γ-BaB₂O₄ _، التي _تم اكتشافها مؤخرًا، عن طريق تسخين بورات الباريوم بيتا عند 900 درجة مئوية (1650 درجة فهرنهايت) تحت  3  جيجا باسكال من الضغط. وقد وُجد أن له بنية بلورية أحادية الميل. ^{[ 8 ]}

يتميز بورات الباريوم بانكسار ضوئي أحادي المحور سلبي قوي ، ويمكن ضبط طوره لتوليد التوافقي الثاني من النوع الأول ( ooe ) منمن 409.6 إلى 3500  نانومتر . حساسية معامل الانكسار لدرجة الحرارة منخفضة، مما يؤدي إلى نطاق ترددي كبير بشكل غير عادي لمطابقة الطور عند درجة حرارة 55 درجة مئوية (131 درجة فهرنهايت) . ^{[ 2 ]}  

على الرغم من أن طوري البلورات α و β عند الضغط الجوي يحتويان فقط على بورون ثلاثي التناظر مهجن sp²، فإن ^زجاج BBO يحتوي على حوالي 40% من البورون في مواقع رباعية السطوح مهجنة sp³ ^. في الحالة السائلة، تعتمد النسب النسبية للبورون sp² ^و sp³ ^على درجة الحرارة، حيث يُفضل التنسيق الثلاثي المستوي عند درجات الحرارة المرتفعة. ^{[ 9 ]}

يمكن تحضير بورات الباريوم بتفاعل محلول مائي من حمض البوريك مع هيدروكسيد الباريوم . يحتوي بورات الباريوم γ المُحضر على ماء التبلور الذي لا يمكن إزالته تمامًا بالتجفيف عند 120 درجة مئوية (248 درجة فهرنهايت) . يمكن تحضير بورات الباريوم γ المجففة بالتسخين إلى 300-400 درجة مئوية (572-752 درجة فهرنهايت) . يؤدي التكليس عند حوالي 600-800 درجة مئوية (1112-1472 درجة فهرنهايت) إلى تحويله بالكامل إلى الشكل β. لا يحتوي بورات الباريوم المُحضر بهذه الطريقة ^على آثار من BaB₂O₂ ^[ ₁₀ ^] _.      

يمكن إنماء بلورات BBO للبصريات غير الخطية من مصهور من بورات الباريوم وأكسيد الصوديوم وكلوريد الصوديوم . ^{[ 11 ]}

يمكن تحضير أغشية رقيقة من بورات الباريوم بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني (MOCVD ) من هيدرو-تراي(1-بيرازوليل)بورات الباريوم (II). ويمكن الحصول على أطوار مختلفة تبعًا لدرجات حرارة الترسيب. ^{[ 12 ]} كما يمكن تحضير أغشية رقيقة من بيتا-بورات الباريوم بتقنية التخليق الهلامي . ^{[ 13 ]}

يُحضّر بورات الباريوم أحادي الهيدرات من محلول كبريتيد الباريوم ورباعي بورات الصوديوم . وهو مسحوق أبيض. يُستخدم كمادة مضافة، على سبيل المثال، في الدهانات كمثبط للهب ، ومثبط للعفن ، ومثبط للتآكل . كما يُستخدم كصبغة بيضاء .

يُحضّر ثنائي هيدرات بورات الباريوم من محلول ميتابورات الصوديوم وكلوريد الباريوم عند درجة حرارة 90-95 درجة مئوية (194-203 درجة فهرنهايت) . بعد التبريد إلى درجة حرارة الغرفة، يترسب مسحوق أبيض. يفقد ثنائي هيدرات بورات الباريوم الماء عند درجة حرارة أعلى من 140 درجة مئوية (284 درجة فهرنهايت) . يُستخدم كمثبط للهب في الدهانات والمنسوجات والورق. ^{[ 14 ]}    

يُعدّ بورات الباريوم بيتا (BBO) بلورة بصرية غير خطية شائعة الاستخدام. ويمكن إنتاج فوتونات مرتبطة كميًا باستخدام بورات الباريوم بيتا. بورات الباريوم مبيد للجراثيم والفطريات . ^{[ 15 ]} يُضاف إلى الدهانات والطلاءات والمواد اللاصقة والبلاستيك والمنتجات الورقية.

يُعدّ بورات الباريوم مقاومًا للأشعة فوق البنفسجية ، ويمكن استخدامه كمثبت للأشعة فوق البنفسجية في كلوريد البولي فينيل .

تُعدّ قابلية ذوبان بورات الباريوم عيبًا عند استخدامها كصبغة. تتوفر مساحيق مغلفة بالسيليكا . تُعزز الخصائص القلوية وخصائص التخميل الأنودي لأيون البورات أداء مقاومة التآكل. تأتي صبغة ميتابورات الباريوم الشائعة بثلاث درجات: الدرجة الأولى هي ميتابورات الباريوم نفسها، والدرجة الثانية مُركّبة مع 27% من أكسيد الزنك ، والدرجة الثالثة مُركّبة مع 18% من أكسيد الزنك و29% من كبريتات الكالسيوم . تُظهر بورات الباريوم أداءً تآزريًا مع بورات الزنك . ^{[ 16 ]}

يُستخدم بورات الباريوم كعامل مساعد في بعض تركيبات السيراميك العازل من فئة EIA 2، _{المصنوعة} من تيتانات الباريوم وزركونات الرصاص ، والمستخدمة في المكثفات الخزفية ، بنسبة تقارب 2%. وتُعد نسبة الباريوم إلى البورون عاملاً حاسماً في أداء العامل المساعد؛ إذ _يؤثر محتوى BaB₂O₂ سلباً على أدائه. ^{[ 10 ] [ 17 ]}

يمكن استخدام زجاج بورات الباريوم والرماد المتطاير كدرع واقٍ من الإشعاع . وتتفوق هذه الأنواع من الزجاج في الأداء على الخرسانة وأنواع زجاج بورات الباريوم الأخرى. ^{[ 18 ]}