一种具有铁电性质的配位聚合物和制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于分子基铁电材料的合成技术领域，特别涉及具有铁电性质的配位聚合 物和制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 铁电材料是热释电材料的一类。在不加外电场时就具有自发极化的现象，而且在 一定的温度范围内，该极化在外加电场的作用下会发生反转或者重新定向。铁电材料在外 加电场作用下，会表现出电滞回线特征，如Xu,Y.H.Ferroelectricmaterialsandtheir application.NewYork:ElsevierSciencePublisher, 1991。材料的这种特性被称为"铁 电现象"或"铁电效应"。由于具有优良的铁电性、压电性、热释电性及非线性光学等特性，近 年来，铁电材料迅速发展，已经广泛应用于电子技术、激光技术、红外探测技术、固态记忆和 显不技术以及其他工程技术方面，如：Tian,S.ActaAeronuticaetAstronauticaSinica 2000, 21，56-60 ;钟维烈，铁电体物理学，北京：科学出版社，1998。因此，目前国际上对铁电 材料的研宄十分活跃。
[0003] 目前，人们对于铁电材料的研宄和应用主要集中在无机材料上。无机铁电材料由 于具有高强度、高硬度、耐高温、性能长期稳定、使用寿命长等优点而被广泛应用，但是由于 无机铁电薄膜的制作需要高真空较高温度的条件，制作成本较为昂贵，不易制作大面积薄 膜且需要采用硬质材料作为基片，较大的限制了其应用，如Horiuchi,S.，Tokura,Y.Nature Material2008, 7, 357。近年来，有机铁电体薄膜也备受青睐，主要是由于与无机铁电材料 相比，其具有易制成大面积薄膜且制作成本低于昂贵的单晶铁电材料、低温制作条件、相对 大的分子超极化率等优点。但是由于有机铁电材料的铁电耦合系数较低，相对介电常数 较小，性能、功能的长期稳定性相对较差一些，从而使其应用受到较大限制。因此，研宄新 型铁电材料以克服无机或有机铁电材料的固有缺陷已成为当前铁电材料的研宄重点，如 Jardine,P.A. ,Johnson,G.C. ,Andrew,C.etal,Mat.Res.Soc.Sym.Proc. 1992, 276, 11-23 ； Horiuchi,S. ,Tokunaga,Y. ,Giovannetti,G. ,Picozzi,S. ,ItohjH. ,Shimano,R. ,Kumai,R. ，Tokura，Y.Nature2010, 463, 789 ;Gene，H.H.J.Am.Ceram.Soc. 1999, 82 (4)，797-818 中均 有研究。
[0004] 从目前的国内外研究现状来看，对于高性能的铁电材料的研究和开发应用仍处在 发展阶段，如Fu，D.W，Zhang，W，Cai，H.L，Zhang，Y.，Xiong，R.G.，Huang，S.D.andNakamura T.Angew.Chem.Int.Ed. 2011，50, 11947 ;Xu，G.C.，Ma，X.M.，Li,Z.，Wang，Z.M.，Gao,S.J.Am. Chem.Soc. 2010，132, 9588 ;Li，X.L.，Chen，K.，Liu，Y.，Wang，Z.X.，Wang，T.W.，Zuo,J. L. ,Li,Y.Z. ,Wang,Y. ,ServiceR. ,F. ,Science, 1997, 275, 1878 ；Zhu,J.S. ,Liu,J. M. ，Song，Y.，You，X.Z.Angew.Chem.Int.Ed. 2007, 46, 6820 中都有进行研究。近年来，具有铁 电效应的金属有机盐酸盐引起了人们极大的研究兴趣，这类有机-无机杂化材料经过精心 设计和调控，可以充分利用无机材料和有机材料的各自优点，达到扬长避短的效果，是此类 材料呈现出新颖的性质。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有铁电性质的配 位聚合物和制备方法及其应用，制备的配位聚合物可以作铁电材料使用，制备工艺简单、易 操作。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种具有铁电性质的配位聚合物，所述 配位聚合物的化学式为：Cd(C17H15N2O2)CK
[0007] 作为优选，所述配位聚合物的二级结构单元为：晶体属单斜晶系，空间群为手性空 间群P2i，结构中的Cd原子均处于六配位的八面体构型之中。
[0008] -种具有铁电性质的配位聚合物的制备方法，在常温下，将含有Cd2+的可溶性 化合物与苯丙氨酸衍生物在水中混合，将混合液搅拌〇.5h后移入聚四氟乙烯反应釜，在 160 °C条件下通过水热法自组装制得产物为具有铁电性质的配位聚合物Cd(C17H15N2O2)Cl。
[0009] 作为优选，所述含有Cd2+的可溶性化合物与苯丙氨酸衍生物的摩尔比为1:1.
[0010] 作为优选，所述苯丙氨酸衍生物的物质的量为IOmmol，溶剂水的体积为6ml。
[0011] 作为优选，所述可溶性化合物为可溶性盐酸盐。
[0012] 具有铁电性质的配位聚合物在制作电光学装置、信息存储、非线性光学器件和红 外传感器中的应用。
[0013] 上述水热法，是指以水为溶剂，高温高压下，将在大气条件下不溶或者难溶的物质 溶解，通过控制高温釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体。
[0014] 本材料是通过水热法_高温高压条件下-通过溶剂自组装合成，材料结构稳定 性较高，且本材料的结构可控性较强，制备方法简单，易操作。
[0015] 有益效果：本发明的具有铁电性质的配位聚合物，所采用的材料制备工艺简单、易 操作、原料来源充足、生产成本低、产率高以及重复性好；不易溶于一般的溶剂，热分解温度 点相对$父尚，晶体颗粒均勾。
【附图说明】
[0016] 图1为配位聚合物Cd(C17H15N2O2)Cl的配位环境图。
[0017] 图2为配位聚合物Cd(C17H15N2O2)Cl的二维网状图。
[0018] 图3为配位聚合物Cd(C17H15N2O2)Cl的红外光谱图。
[0019] 图4为配位聚合物Cd(C17H15N2O2)Cl的热重分析图。
[0020] 图5为配位聚合物Cd(C17H15N2O2)Cl的电滞回线图。
[0021] 图6为苯丙氨酸衍生物的分子结构图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0023] 实施例1
[0024] 室温时，将IOmmolCdCl2 *2. 5H20和IOmmol苯丙氨酸衍生物在6ml水中充分搅拌 混合，苯丙氨酸衍生物的分子结构如图6所示，放入反应釜，通过水热法自组装制得一种具 有铁电性质的配位聚合物。
[0025] 对实施例1中的配位聚合物晶体进行分析，在显微镜下选取合适大小的单晶，室 温时用经石墨单色化的MoKa射线（^ = 0,71073A)在BrukerApexIICCD衍射仪上测定 单晶的X射线衍射结构，结果见表1。用SADABS方法进行半经验吸收校正，晶胞参数用最小 二乘法确定，数据还原和结构解析分别使用SAINT和SHELXL程序包完成，所有非氢原子用 全矩阵最小二乘法进行各向异性精修，配位聚合物的配位环境图如图1所示。
[0026] 图2为配位聚合物的二维网状图，从图中可以看出，堆积图为二维网状结构，通过 Cd-Cl-CcUCd- 0 -Cd键相互连接，堆积图与氯化钠晶胞堆积图的一层类似；从图1和2 中可以看出结构中的中心原子Cd原子均处于六配位的八面体构型之中；Cd原子与0、C1原 子，通过0 -Cd-Cl键相互连接，形成链状结构。
[0027] 对实施例1中的配位聚合物的红外光谱表征，如图3所示，在1103CHT1处，有一个 强烈的吸收峰，是氨基酸上C-N键的吸收峰；在1435CHT1有一个强烈的吸收峰，是氨基酸 上C=0双键伸缩振动吸收峰；在1584CHT1处，有一个强烈的吸收峰，是苯环的吸收峰；在 2240CHT1处，是苯腈上-CN三键的吸收峰。
[0028] 对实施例1中的配位聚合物的热重分析表征，如图4所示，从热重分析中可以看 出，配位聚合物有着两个明显的重量损失过程。
[0029] 表1配位聚合物的晶体学数据
[0030]
【主权项】
1. 一种具有铁电性质的配位聚合物，其特征在于：所述配位聚合物的化学式为： Cd (C17H15N2O2) Cl。
2. 根据权利要求2所述的具有铁电性质的配位聚合物，其特征在于：所述配位聚合物 的二级结构单元为：晶体属单斜晶系，空间群为手性空间群P2i，结构中的Cd原子均处于六 配位的八面体构型之中。
3. -种具有铁电性质的配位聚合物的制备方法，其特征在于：在常温下，将含有 Cd2+的可溶性化合物与苯丙氨酸衍生物在水中混合，将混合液搅拌0.5h后移入聚四氟 乙烯反应釜，在160°C条件下通过水热法自组装制得产物为具有铁电性质的配位聚合物 Cd (C17H15N2O2) Cl。
4. 根据权利要求3所述的具有铁电性质的配位聚合物的制备方法，其特征在于：所述 含有Cd2+的可溶性化合物与苯丙氨酸衍生物的摩尔比为1:1。
5. 根据权利要求4所述的具有铁电性质的配位聚合物的制备方法，其特征在于：所述 苯丙氨酸衍生物的物质的量为IOmmol，溶剂水的体积为6ml。
6. 根据权利要求3或4所述的具有铁电性质的配位聚合物的制备方法，其特征在于： 所述可溶性化合物为可溶性盐酸盐。
7. 权利要求1或2所述的具有铁电性质的配位聚合物在制作电光学装置、信息存储、非 线性光学器件和红外传感器中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种具有铁电性质的配位聚合物和制备方法及其应用，所述配位聚合物的化学式为：Cd(C17H15N2O2)Cl，室温时，将含有Cd2+的可溶性化合物和苯丙氨酸衍生物在水中充分搅拌混合，放入反应釜，通过水热法自组装制得，配位聚合物可应用于制作电光学装置、信息存储、非线性光学器件和红外传感器。本发明的具有铁电性质的配位聚合物，所采用的材料制备工艺简单、易操作、原料来源充足、生产成本低、产率高以及重复性好；不易溶于一般的溶剂，热分解温度点相对较高，晶体颗粒均匀。
【IPC分类】C07F3-08
【公开号】CN104610309
【申请号】CN201510054231
【发明人】陈立庄, 曹星星, 黄登登, 潘其建
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月2日