一种水合4,4’-联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电功能材料及其制备方法

文档序号:9299514阅读:424来源:国知局
一种水合4,4’-联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电功能材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铁电功能材料,具体涉及一种水合4,4'-联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电 功能材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铁电材料,是指具有铁电效应的一类材料,它是热释电材料的一个分支,指其在不 加外电场时就具有自发极化现象,自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向的一类 功能材料。由于铁电材料它同时具有铁电性、铁弹性、热释电性、压电性及逆压电性等多种 耦合性质以及其它独特的物理性质,如力-电-热耦合性质、电-声-光耦合性质、非线性 光学效应、开关特性等等。以及近年来,铁电半导体、铁电铁磁体、铁电超导体、铁电液晶和 光铁电体等新型材料的发现,导致利用铁电体的电、磁、光、声、力和热等方面的效应而制成 许多功能器件,在现代科学技术各个领域得到广泛的应用。因此开发性能优良的新型铁电 材料已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。
[0003] 到目前为止,铁电材料研究大体可分为以下几个阶段。第一阶段(1920-1939年): 发现罗息盐和KH2PO4铁电结构;第二阶段(1940-1958年):发现第一个不含氢键,具有多个 铁电相的铁电体BaTiO 3,铁电唯象理论的建立;第三阶段(1959年-上世纪70年代):铁电 软模理论的出现并趋于完善;第四阶段(上世纪80年代-至今):研究各类聚合物复合材 料、铁电液晶、异质结构和薄膜材料等非均匀体系。到目前为止,已发现的铁电晶体(包括 多晶体)有一千多种。近年来,基于有机-无机杂化金属有机配合物的发展为新型铁电功 能材料的设计合成和制备及其开发提供了崭新的思路,其主要策略在于通过选择合适的金 属离子与有机配体,借助金属离子与有机配体之间的配位键合作用,来实现新颖功能材料 的设计和构筑。金属-有机配位聚合物组分繁多,结构多样化,预期从中可发掘出更多的铁 电体,从而扩展铁电物理学的研究领域,并开发新的应用,这种铁电材料的研究已经引起化 学家和物理学家的广泛兴趣,并大大推动了材料科学的发展。

【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种水合4,4'-联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电 功能材料,该铁电功能材料分子式为[Cu 2(4bpy) (H2O) (Cl-ma)2]n[4bpy = 4,f -联批陡, Cl-ma = R-邻氯扁桃酸],晶胞参数为:a = 12. 612 (3) A,b = 7· 834 (2) A,c = 13. 305 (3) A, a = 90°,β = 104. 90 (3) °,Y = 90°,为单斜晶系,PS1空间群(属C2点群),是一种 有潜在应用前景的铁电功能材料。该铁电功能材料为能通过100目筛的绿色粉体,纯度不 低于99 %,其铁电特征参数分别为:剩余极化强度2Pr = 0. 016 μ C · cm 2,矫顽电场2Ec = I. 12kV · cm \饱和极化强度Ps = 0. 247 μ C · cm 2。该铁电体的饱和极化率接近于典型铁 电体罗息盐(NaKC4H4O 6 · 4H20, Ps = 0. 25 μ C · cm 2),具有良好的铁电特性。
[0005] 本发明还提供了上述水合4, 4'-联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电功能材料的制备方 法,该制备方法具有流程少,重复性好,工艺简单,对设备要求低,具有工业化生产的前景。
[0006] 上述的铁电功能材料晶体的制备方法,包括下述步骤:
[0007] 1)R-邻氯扁桃酸溶液的配置:将R-邻氯扁桃酸溶于乙醇和水(V : V = I : 1)的 混合溶剂中,搅拌至完全溶解,制成浓度为〇. 05~0. 13mol/L的R-邻氯扁桃酸溶液待用。
[0008] 2)4,4'-联吡啶溶液的配置:将R-邻氯扁桃酸溶于乙醇和水(V : V = I : 1) 的混合溶剂中,并搅拌直至其完全溶解,配置成〇. 05~0. lOmol/L的溶液,得到无色4, f -联吡啶溶液待用。
[0009] 3)将氯化铜加入到步骤1所制备的R-邻氯扁桃酸溶液中,制成浅蓝色溶液,并使 氯化铜与R-邻氯扁桃酸的摩尔比为I : 1~4。量取0. 8~I. 2mL (IM) NaOH溶液作为酸度 调节剂加至上述浅蓝色溶液中。
[0010] 4)将步骤2所制备4,4'-联吡啶溶液加入到步骤3的浅蓝色溶液中,制成浅蓝色 浊液,并使4,4'-联吡啶与R-邻氯扁桃酸的摩尔比为I : 1~4。量取1.5~2. 2mL(lM) NH3 · H2O溶液作为酸度调节剂加至上述浅蓝色浊液中,制成深蓝色溶液。室温静置数日,得 到绿色块状4, 4'-联吡啶邻氯扁桃酸铜晶体,产率达84%。
[0011] 5)对所述4,4'-联吡啶邻氯扁桃酸铜块状晶体进行研磨,是能通过100目筛的 绿色4,4'-联吡啶邻氯扁桃酸铜单斜晶系粉体。
[0012] 与现有技术相比,本发明的优点在于水合4, 4'-联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电材料, 该铁电功能材料分子式为[Cu2(4bpy) (H2O) (Cl-ma)2]n,该铁电功能材料为能通过100目筛 的绿色粉体,纯度不低于99%,属P2i空间群结构,晶体的晶胞参数为:a = 12. 612(3) A,b =7· 834 (2) A,c = 13. 305 (3) A, α = 90。,β = 104. 90 (3)。,γ = 90。。其铁电特征参 数分别为:剩余极化强度2Pr = 0. 016 μ C ^cm 2,矫顽电场2Ec = I. 12kV ^cm \饱和极化强 度Ps = 0. 247 μ C ·αιι2。该铁电体的饱和极化率接近于典型铁电体罗息盐(NaKC4H4O 6 ·4Η20, Ps = 0. 25 μ C · cm 2),具有良好的铁电特性。
[0013] 本发明的制备方法利用成本较低的氯化铜与邻氯扁桃酸、4,4'-联吡啶,合成得 到纯度较高、性能较好的水合4,4'-联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电晶体。本发明的方法具有流 程少,工艺简单,对设备要求低,使用的原料氯化铜和邻氯扁桃酸、4,4'-联吡啶成本低, 易于产业化的优点。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明水合4,f -联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电功能材料的分子结构图;
[0015] 图2为本发明水合4, f -联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电功能材料的PXRD图谱与单晶 模拟PXRD图谱的对比图;
[0016] 图3为本发明水合4,f -联吡啶邻氯扁桃酸铜铁电功能材料的热
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