Lithiumniobat

Kristallstruktur
Struktur von Lithiumniobat
Vorlage:Farbe Li+ 0 Vorlage:Farbe Nb5+0 Vorlage:Farbe O2−
Kristallsystem	trigonal
Raumgruppe	R3c (Nr. 161)Vorlage:Raumgruppe/161
Gitterparameter	a = 515 pm c = 1386 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<ref name="alfa" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 234-755-4 ECHA-InfoCard 100.031.583 PubChem 159404 ChemSpider 10605804 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	147,85 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	4,64 g·cm−3<ref name="almaz">Lithium Niobate, LiNbO3 bei Almaz Optics, abgerufen am 23. August 2011.</ref>
Schmelzpunkt	1275 °C<ref name="alfa">Datenblatt Lithium niobium oxide, Puratronic®, 99.998% (metals basis excluding Ta), Ta <50ppm bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref>
Brechungsindex	2,2871<ref>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. </ref> (23 °C)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="alfa" /> keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze<ref name="alfa" />
Toxikologische Daten	8000 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)<ref name="alfa" />
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.<ref>Tatyana Volk, Manfred Wöhlecke: Lithium Niobate. In: Springer Series in Materials Science. 2009, doi:10.1007/978-3-540-70766-0. </ref> Aufgrund seiner Kristallstruktur hat es einige technisch nutzbare Eigenschaften, vor allem als Material in der nichtlinearen Optik.

Kristallstruktur

Lithiumniobat kristallisiert im trigonalen Kristallsystem in der Raumgruppe R3c (Raumgruppen-Nr. 161)Vorlage:Raumgruppe/161 mit den Gitterparametern a = 515 pm und c = 1386 pm sowie sechs Formeleinheiten pro Elementarzelle.<ref>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. </ref> 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

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 n_o = 2,286 und n_e = 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 T_c von 1213 °C (1486 K)<ref name="Wong">K. K. Wong: Properties of Lithium Niobate. Emis. Datareviews Series, No. 28, London 2002, ISBN 0-85296-799-3.</ref> 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).<ref name="Wong" /> Oberhalb der Curie-Temperatur verliert das Material die ferroelektrischen Eigenschaften und geht in die paraelektrische Phase (Raumgruppe R3c (Nr. 167)Vorlage:Raumgruppe/167) über.<ref name="Lehnert">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. </ref>

Herstellung

Lithiumniobat kann zum Beispiel durch Festkörper- oder Schmelzenreaktion von Lithiumcarbonat mit Niob(V)-oxid gewonnen werden.

<chem>Li2CO3 + Nb2O5 -> 2LiNbO3 + CO2 ^</chem>

Nanoteilchen

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.<ref>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. </ref> Sphärische Nanopartikel mit einem Durchmesser von 10 nm können durch Imprägnierung einer mesoporösen Silicatmatrix mit einer wässrigen Lösung aus LiNO₃ und NH₄NbO(C₂O₄)₂ und anschließendem zehnminütigen Erhitzen in einem Infrarot-Ofen hergestellt werden.<ref>Annett Grigas, 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. </ref>

Einsatzgebiete

• Interdigitaltransducer und darauf basierend
• Bandpassfilter (Oberflächenwellenfilter) in Hochfrequenz-Schaltungen, z. B. Mobiltelefonen und Fernsehern
• Laser
• Modulatoren
• Integrierte Optik
• Holographie

Ähnliche Verbindungen

Das Lithiumtantalat LiTaO₃ kristallisiert isotyp zu LiNbO₃,<ref>Lithiumtantalat vs. Lithiumniobat-Wafer. Abgerufen am 27. Juni 2025 (). </ref> das heißt, es hat die gleiche Kristallstruktur.

Siehe auch

• Kaliumniobat
• Natriumniobat

Literatur

• 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

Commons: Lithiumniobat – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise

<references />