通过硫(S)取代与各向异性排列优化实现超大双折射率(Δn)晶体材料的突破

本研究针对商用双折射晶体Δn值普遍偏低(＜0.3)的瓶颈问题，研究人员通过两步法策略合成三种新型晶体(C2N5H8)(H2C3N3O3)·H2O (1)、(C2N5H8)3(H2C3N3S3)(HC3N3S3)·H2O (2)和(C2N5H8)(H2C3N3S3)·H2O (3)，实验测得550 nm波长下双折射率从0.259提升至0.403，其性能在所有[C3N3S3]基材料中位列第三，为高性能光学材料设计提供新范式。

　　

尽管双折射(Birefringence)晶体在光学仪器中广泛应用，但商用晶体的双折射率(Δn)普遍受限(Δn < 0.3)，难以满足严苛的光学需求。本研究通过两步合成策略成功制备了三种新型双折射晶体：(C₂N₅H₈)(H₂C₃N₃O₃)·H₂O (1)、(C₂N₅H₈)₃(H₂C₃N₃S₃)(HC₃N₃S₃)·H₂O (2)和(C₂N₅H₈)(H₂C₃N₃S₃)·H₂O (3)。在它们的阴离子结构中观察到位移平行排列与部分异向交叉排列的共存模式。进一步研究表明，硫(S)取代（从1到2）和功能基团排列优化（从2到3）使双折射性能显著提升——550 nm波长处的实验双折射值从0.259(1)跃升至0.347(2)，最终达到0.403(3)。值得注意的是，化合物3的双折射性能在所有已报道的[C₃N₃S₃]基材料中排名第三。理论计算揭示其高双折射率主要归因于S取代效应和功能基团的空间排列优化。该研究为探索结构对双折射性能的影响提供了关键指导，并为设计高性能光学材料开辟了新方向。