붕산 바륨

붕산 바륨(Barium borate)은 화학식  또는 를 갖는 바륨의 붕산염인 무기 화합물이다. 수화물 또는 무수 형태로, 흰색 분말 또는 무색 결정으로 구할 수 있다. 결정은 고온 α상과 저온 β상으로 존재하며, BBO로 약칭된다. 두 상 모두 복굴절이며, BBO는 일반적인 비선형 광학 재료이다.

붕산 바륨은 중국과학원 푸젠물질구조연구소의 첸 촹톈 등이 발견하고 개발했다.

속성
섬네일|left|c축에 거의 수직으로 본 BBO의 결정 구조. 색상: 녹색 – Ba, 분홍색 – B, 빨간색 – O
섬네일|left|c축을 따라 본 BBO
붕산 바륨은 알파, 베타, 감마 세 가지 주요 결정 형태로 존재한다. 저온 베타상은 로 가열하면 알파상으로 변환된다. β-붕산 바륨(BBO)은 결정 내 바륨 이온의 위치에 따라 α형과 다르다. 두 상 모두 복굴절이지만, α상은 중심 대칭을 가지므로 β상과 동일한 비선형 특성을 갖지 않는다.

알파 붕산 바륨, 는 약 에서 까지 매우 넓은 광학 투과 창을 가진 광학 재료이다. 우수한 기계적 특성을 가지며 고출력 자외선 편광 광학에 적합한 재료이다.Alpha Barium Borate. Roditi.com. Retrieved on 2012-01-15. 글랜-테일러 프리즘, 글랜-톰슨 프리즘, 워크오프 빔 스플리터 및 기타 광학 부품에서 방해석, 이산화 타이타늄 또는 니오브산 리튬을 대체할 수 있다. 흡습성이 낮고, 모스 굳기는 4.5이다. 레이저 손상 문턱값은 에서 , 에서 이다.

베타 붕산 바륨, 는 ~ 범위에서 투명한 비선형 광학 재료이다. 자발적 매개 변수 하향 변환에 사용할 수 있다. 모스 굳기는 4.5이다. 이 재료는 의 녹는점을 가지며, 이방성 열팽창 계수는  및  α33 = 36 × 10-6 K-1이다.

최근에 발견된 감마 붕산 바륨, 는 의 압력 하에서 베타 붕산 바륨을 로 가열하여 생산되었다. 이는 단사정계 결정 구조를 가지는 것으로 밝혀졌다.

붕산 바륨은 강한 음의 단축 복굴절을 가지며 에서 I형(ooe) 이차 조화파 발생을 위한 위상 정합이 가능하다. 굴절률의 온도 민감도가 낮아 이례적으로 큰 () 온도 위상 정합 대역폭을 가진다.

주변 압력의 α 및 β 결정상은 삼각, sp 혼성 붕소만 포함하지만, BBO 유리는 약 40%의 붕소가 사면체, sp 혼성 위치에 있다. 액체 상태에서 sp 및 sp 붕소의 상대적 비율은 온도에 따라 달라지며, 고온에서 삼각 평면 배위가 선호된다.

합성
붕산 바륨은 붕산의 수용액과 수산화 바륨을 반응시켜 제조할 수 있다. 제조된 γ-붕산 바륨에는 에서 건조하여 완전히 제거할 수 없는 결정수가 포함되어 있다. 무수 γ-붕산 바륨은 로 가열하여 제조할 수 있다. 약 에서 하소하면 β형으로 완전히 전환된다. 이 방법으로 제조된 BBO는 미량의 를 포함하지 않는다.

비선형 광학용 BBO 결정은 붕산 바륨, 산화 나트륨 및 염화 나트륨의 용융 플럭스로부터 성장시킬 수 있다.Gualtieri, Devlin M.; Chai, Bruce H. T. "High temperature solution growth of barium borate (BaB2O4)"  issued June 5, 1990

붕산 바륨의 박막은 바륨(II) 하이드로-트리(1-피라졸일)보레이트로부터 MOCVD로 제조할 수 있다. 증착 온도에 따라 다른 상을 얻을 수 있다. 베타-붕산 바륨의 박막은 졸-겔 합성으로 제조할 수 있다.

붕산 바륨 일수화물은 황화 바륨과 사붕산 나트륨 용액으로부터 제조된다. 백색 분말이다. 난연제, 곰팡이 억제제, 방청제 등으로 페인트에 첨가된다. 또한 흰색 안료로도 사용된다.

붕산 바륨 이수화물은 메타붕산 나트륨과 염화 바륨 용액을 에서 반응시켜 제조된다. 실온으로 냉각하면 흰색 분말이 침전된다. 붕산 바륨 이수화물은  이상에서 물을 잃는다. 페인트, 섬유, 종이의 난연제로 사용된다.

응용
BBO는 인기 있는 비선형 광학 결정이다. 광자 얽힘이 베타 붕산 바륨으로 생성될 수 있다. 붕산 바륨은 살균제 및 살진균제이다. 페인트, 코팅, 접착제, 플라스틱 및 종이 제품에 첨가된다.

붕산 바륨은 자외선 복사에 강하다. 폴리염화 비닐의 자외선 안정제 역할을 할 수 있다.

붕산 바륨의 용해도는 안료로 사용될 때 단점이다. 실리카 코팅 분말이 사용 가능하다. 붕산염 이온의 알칼리성 특성과 양극 부동태화 특성은 부식 방지 성능을 향상시킨다. 일반적으로 사용 가능한 바륨 메타보레이트 안료는 세 가지 등급으로 제공된다. 1등급은 바륨 메타보레이트 자체이며, 2등급은 27%의 산화 아연과 혼합되고, 3등급은 18%의 산화 아연과 29%의 황산 칼슘과 혼합된다. 붕산 바륨은 붕산 아연과 시너지 효과를 보인다.

붕산 바륨은 세라믹 축전기용 일부 바륨 티탄산염 및 지르콘산 납 EIA 등급 2 유전체 세라믹 조성물에 약 2%의 융제로 사용된다. 바륨-붕소 비율은 플럭스 성능에 매우 중요하며,  함량은 플럭스 성능에 부정적인 영향을 미친다.

붕산 바륨-비산 유리는 방사선 차폐로 사용될 수 있다. 이러한 유리는 콘크리트 및 다른 붕산 바륨 유리보다 성능이 우수하다.

 각주 

분류:살진균제
분류:바륨 화합물
분류:붕산염
분류:소독제
분류:무기 안료
분류:방청제