El borato de bario es un compuesto inorgánico , un borato de bario con una fórmula química BaB 2 O 4 o Ba(BO 2 ) 2 . Está disponible como forma hidratada o deshidratada, como polvo blanco o cristales incoloros. Los cristales existen en la fase α de alta temperatura y la fase β de baja temperatura, abreviada como BBO ; ambas fases son birrefringentes , y el BBO es un material óptico no lineal común .
El borato de bario fue descubierto y desarrollado por Chen Chuangtian y otros del Instituto de Investigación sobre la Estructura de la Materia de Fujian, Academia China de Ciencias .
El borato de bario existe en tres formas cristalinas principales: alfa, beta y gamma. La fase beta de baja temperatura se convierte en la fase alfa al calentarse a 925 °C. El borato de bario β (BBO) se diferencia de la forma α por las posiciones de los iones de bario dentro del cristal. Ambas fases son birrefringentes, sin embargo, la fase α posee simetría céntrica y, por lo tanto, no tiene las mismas propiedades no lineales que la fase β. [4]
El borato de bario alfa, α-BaB 2 O 4 es un material óptico con una ventana de transmisión óptica muy amplia de aproximadamente 190 nm a 3500 nm. Tiene buenas propiedades mecánicas y es un material adecuado para ópticas de polarización ultravioleta de alta potencia . [5] Puede reemplazar a la calcita , el dióxido de titanio o el niobato de litio en prismas de Glan-Taylor , prismas de Glan-Thompson , divisores de haz de separación y otros componentes ópticos. Tiene baja higroscopicidad y su dureza Mohs es de 4,5. Su umbral de daño es de 1 GW/cm 2 a 1064 nm y 500 MW/cm 2 a 355 nm. [1]
El borato de bario beta, β-BaB 2 O 4 , es un material óptico no lineal transparente en el rango de ~190–3300 nm. Puede utilizarse para la conversión descendente paramétrica espontánea . Su dureza de Mohs también es 4,5. [1] [2] El material exhibe una temperatura de fusión de 1268 K, [6] con coeficientes de expansión térmica anisotrópicos : y α₃₃ = 36 × 10⁻⁶ K⁻¹. [7]
El borato de bario gamma, γ-BaB 2 O 4 , descubierto recientemente, se produjo calentando el borato de bario beta a 900 °C bajo una presión de 3 GPa. Se descubrió que tenía una estructura cristalina monoclínica. [8]
El borato de bario tiene una fuerte birrefringencia uniaxial negativa y se puede adaptar en fase para la generación de segundo armónico de tipo I ( ooe ) desde 409,6 a 3500 nm. La sensibilidad de temperatura de los índices de refracción es baja, lo que genera un ancho de banda de adaptación de fase de temperatura inusualmente grande (55 °C). [2]
Aunque las fases cristalinas α y β a presión ambiente contienen solo boro trigonal hibridado sp2 , el vidrio BBO tiene alrededor del 40% del boro en sitios tetraédricos hibridados sp3 . En el estado líquido, las fracciones relativas de boro sp2 y sp3 dependen de la temperatura, y la coordinación planar trigonal se favorece a temperaturas más altas. [9]
El borato de bario se puede preparar mediante la reacción de una solución acuosa de ácido bórico con hidróxido de bario . El borato de γ-bario preparado contiene agua de cristalización que no se puede eliminar por completo mediante secado a 120 °C. El borato de γ-bario deshidratado se puede preparar calentándolo a 300–400 °C. La calcinación a aproximadamente 600–800 °C provoca la conversión completa a la forma β. El BBO preparado por este método no contiene trazas de BaB 2 O 2 [10]
Los cristales BBO para óptica no lineal se pueden cultivar a partir de una masa fundida de borato de bario, óxido de sodio y cloruro de sodio . [11]
Se pueden preparar películas delgadas de borato de bario mediante MOCVD a partir de hidro-tri(1-pirazolil)borato de bario(II). Se pueden obtener diferentes fases según las temperaturas de deposición. [12] Se pueden preparar películas delgadas de borato de beta-bario mediante síntesis sol-gel . [13]
El borato de bario monohidratado se prepara a partir de una solución de sulfuro de bario y tetraborato de sodio . Es un polvo blanco. Se utiliza como aditivo, por ejemplo, en pinturas como retardante de llama , inhibidor de moho e inhibidor de corrosión . También se utiliza como pigmento blanco .
El borato de bario dihidratado se prepara a partir de una solución de metaborato de sodio y cloruro de bario a 90–95 °C. Después de enfriar a temperatura ambiente, precipita un polvo blanco. El borato de bario dihidratado pierde agua a temperaturas superiores a 140 °C. Se utiliza como retardante de llama para pinturas, textiles y papel. [14]
El BBO es un cristal óptico no lineal muy popular. Los fotones enlazados cuánticamente se pueden producir con borato de bario beta. El borato de bario es un bactericida y fungicida . [15] Se agrega a pinturas, revestimientos, adhesivos, plásticos y productos de papel.
El borato de bario es resistente a la radiación ultravioleta y puede actuar como estabilizador de rayos UV para el cloruro de polivinilo . [16]
La solubilidad del borato de bario es una desventaja cuando se utiliza como pigmento. Hay polvos recubiertos de sílice disponibles. Las propiedades alcalinas y las propiedades de pasivación anódica del ion borato mejoran el rendimiento anticorrosión. El pigmento de metaborato de bario comúnmente disponible viene en tres grados: el grado I es un metaborato de bario en sí mismo, el grado II está compuesto con un 27% de óxido de zinc y el grado III está compuesto con un 18% de óxido de zinc y un 29% de sulfato de calcio . El borato de bario muestra un rendimiento sinérgico con el borato de zinc . [17]
El borato de bario se utiliza como fundente en algunas formulaciones cerámicas dieléctricas de titanato de bario y zirconato de plomo de clase 2 de la EIA para capacitores cerámicos , en una cantidad de aproximadamente el 2 %. La relación bario-boro es crítica para el rendimiento del fundente; el contenido de BaB 2 O 2 afecta negativamente el rendimiento del fundente. [10] [18]
El vidrio de borato de bario y cenizas volantes se puede utilizar como protección contra la radiación . Estos vidrios tienen un rendimiento superior al del hormigón y a otros vidrios de borato de bario. [19]
