專(zhuān)利名稱(chēng)：鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電功能材料，具體涉及鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鐵電功能材料是指其晶體結(jié)構(gòu)在不加外電場(chǎng)時(shí)就具有自發(fā)極化現(xiàn)象，自發(fā)極化的方向能夠被外加電場(chǎng)反轉(zhuǎn)或重新定向的一類(lèi)功能材料。其具有優(yōu)良的鐵電、介電、熱釋電以及壓電等特性，從而被廣泛應(yīng)用于鐵電存儲(chǔ)器、紅外探測(cè)器、聲表面波和集成光電器件等現(xiàn)代電子技術(shù)和微機(jī)械技術(shù)等固態(tài)器件方面，鐵電材料及其應(yīng)用研究已成為凝聚態(tài)物理、固體電子學(xué)領(lǐng)域最熱門(mén)的研究課題之一。
早在18到19世紀(jì)，科學(xué)家就對(duì)材料的鐵電性能進(jìn)行研究，最早獲得使用的鐵電材料是羅息鹽(酒石酸鉀鈉)，1894年P(guān)ockels報(bào)道了羅息鹽具有異常大的壓電常數(shù)，1920年法國(guó)的Valasek觀察到羅息鹽晶體(斜方晶系)的鐵電電滯回線；1935年、1942年又發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀(KH2PO4)及其類(lèi)似晶體中的鐵電性，及鈦酸鋇(BaTiO3)陶瓷的鐵電性。從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)于具有高性能的鐵電材料的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用仍然處于發(fā)展階段。金屬有機(jī)配位化學(xué)的發(fā)展為新型鐵電功能材料的設(shè)計(jì)合成和制備及其開(kāi)發(fā)提供了嶄新的思路，并大大推動(dòng)了材料科學(xué)的發(fā)展。其主要策略在于通過(guò)選擇合適的金屬離子與有機(jī)配體， 借助金屬離子與有機(jī)配體之間的配位鍵合作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)新穎功能材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑。由于鐵電功能材料的微觀晶體結(jié)構(gòu)的空間群為10個(gè)極性點(diǎn)群之一，因此對(duì)鐵電材料的合成極具挑戰(zhàn)性，如何選擇合適的金屬離子與有機(jī)配體來(lái)實(shí)現(xiàn)新穎功能材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑顯得尤為關(guān)鍵。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料，鄰菲羅啉丙二酸銅為新的鐵電功能材料，具有較好的鐵電性能，飽和極化強(qiáng)度與羅息鹽相當(dāng)。本發(fā)明還提供了鄰菲羅啉丙二酸銅的制備方法，該制備方法具有流程少，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料，鄰菲羅啉丙二酸銅的分子式為[Cu2 (phen) 2 (H2O) 3 (mal) (ClO4) ] (ClO4)，其中phen為鄰菲羅啉，mal為丙二酸，該鐵電功能材料為藍(lán)色粉體，純度不低于99%，屬P2i空間群晶體結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)為a= 19.607(4) A,b = 22.845(5) A，c = 7.0594(1) A,其鐵電特征參數(shù)分別為飽和極化強(qiáng)度Ps=O. 25 μ C · cm2,剩余極化強(qiáng)度2Pr=0. 20 μ C · cm2,矯頑電場(chǎng) 2Ec=3. 59kv -cnT1。該材料是由柔性丙二酸有機(jī)配體與Cu2+離子、高氯酸根離子以及鄰菲羅啉構(gòu)筑成金屬_有機(jī)配合物，具有較好的鐵電特性。
上述鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料的制備方法，其步驟如下
a、將高氯酸銅溶于去離子水中，配成摩爾濃度為O. 2 O. 6mol/L的高氯酸銅溶液待用；
b、將丙二酸溶于去離子水中，攪拌至完全溶解，配成摩爾濃度為O. I O. 3mol/L 的丙二酸溶液，按丙二酸與高氯酸銅的摩爾比I :2的比例，將所述丙二酸溶液與所述高氯酸銅溶液混合均勻，得到淡藍(lán)色溶液；
C、將鄰菲羅啉溶于乙醇中，配成摩爾濃度為O. 2 O. 6mol/L的鄰菲羅啉溶液，然后按鄰菲羅啉與高氯酸銅的摩爾比1:1的比例，將所述鄰菲羅啉溶液與上述淡藍(lán)色溶液混合均勻，待形成藍(lán)色懸濁液，過(guò)濾除去不溶物，濾液靜置于室溫，待深藍(lán)色狀晶體析出完畢， 過(guò)濾，將深藍(lán)色狀晶體研磨成過(guò)100目篩的粉體，得到純度不低于99%的鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料。鄰菲羅啉丙二酸銅的分子式經(jīng)成份分析和測(cè)定為[Cu2(Phen)2(H2O)3Giial) (ClO4) ] (ClO4)，粉體經(jīng)X-射線衍射，得到如圖2所示的PXRD圖譜的粉體晶相。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料，其分子式為[Cu2 (Phen)2 (H2O) 3 (mal) (ClO4) ] (ClO4)，其中 phen 為鄰菲羅啉，mal 為丙二酸，該鐵電功能材料為藍(lán)色粉體，純度不低于99%，屬間群晶體結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)為a= 19.607(4)A, b = 22.845(5) A,c = 7.0594(1) A,其鐵電特征參數(shù)分別為飽和極化強(qiáng)度Ps=O. 25 μ C · cm_2， 剩余極化強(qiáng)度2Pr=0. 20 μ C · cnT2,矯頑電場(chǎng)2Ec=3. 59kv · cnT1。該材料是由柔性丙二酸酸有機(jī)配體與Cu2+離子、高氯酸根離子以及鄰菲羅啉構(gòu)筑的金屬-有機(jī)配合物，具有較好的鐵電特性，與羅息鹽的飽和極化強(qiáng)度相當(dāng)。該鐵電功能材料制備方法以高氯酸銅溶液與丙二酸溶液混合，再與鄰菲羅啉溶液混合方式制備得到，具有流程少，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低， 原料使用廉價(jià)的高氯酸銅與丙二酸以及鄰菲羅啉，無(wú)污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料的分子結(jié)構(gòu)圖2為鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料的PXRD與單晶模擬PXRD對(duì)比圖3為鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料的電滯回線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例I
將O. 4摩爾的高氯酸銅溶于I升去離子水中，配成摩爾濃度為O. 4mol/L的高氯酸銅溶液待用；將O. 2摩爾丙二酸加入到I升去離子水中，攪拌至完全溶解，配成摩爾濃度為O. 2mol/L的丙二酸溶液，加入到高氯酸銅溶液中，混合均勻，得到淡藍(lán)色丙二酸銅溶液；將O. 4摩爾鄰菲羅啉溶于I升乙醇中，配成摩爾濃度為O. 4mol/L的鄰菲羅啉溶液，加入到淡藍(lán)色丙二酸銅溶液中混合均勻，待形成藍(lán)色懸濁液，過(guò)濾除去不溶物，濾液靜置于室溫，幾天后，深藍(lán)色狀晶體析出完畢，深藍(lán)色狀晶體研磨成過(guò)100目篩的粉體，得到純度不低于99%的鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料，該鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料的分子式為[Cu2 (phen)2 (H2O) 3 (mal) (ClO4) ] (ClO4)，其中 phen 為鄰菲羅啉，mal 為丙二酸。其微觀晶體結(jié)構(gòu)為P2i空間群，粉體經(jīng)X-射線衍射，得到如圖2所示PXRD圖譜的粉體晶相；該粉體電滯回線如圖3所示，從圖3中可以看出其鐵電性能特征參數(shù)分別為Ps=0. 25 μ C · cm-2, 2Pr=0. 20 μ C · cnT2，2Ec=3. 59kv · cnT1。說(shuō)明具有較好的鐵電特性，其Ps值與羅息鹽的Ps值O. 25 μ C · cm_2相當(dāng)，是鐵電特性較好的鐵電體。
實(shí)施例2
與實(shí)施例I基本相同，所不同的只是O. 2摩爾的高氯酸銅溶于I升去離子水中， O. I摩爾丙二酸加入到I升去離子水中，O. 2摩爾鄰菲羅啉溶于I升乙醇中。
實(shí)施例3
與實(shí)施例I基本相同，所不同的只是O. 6摩爾的高氯酸銅溶于I升去離子水中， O. 3摩爾丙二酸加入到I升去離子水中，O. 6摩爾鄰菲羅啉溶于I升乙醇中。
權(quán)利要求
1.鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料，其特征在于鄰菲羅啉丙二酸銅的分子式為 [Cu2 (phen)2 (H2O) 3(mal) (ClO4) ] (ClO4),其中 phen 為鄰菲羅啉，mal 為丙二酸,該鐵電功能材料為藍(lán)色粉體，純度不低于99%，屬P2i空間群晶體結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)為a =19.607(4) A, b = 22.845(5) A,c = 7.0594⑴A,其鐵電特征參數(shù)分別為飽和極化強(qiáng)度Ps=O. 25 μ C · cm_2， 剩余極化強(qiáng)度 2Pr=0. 20 μ C · cnT2,矯頑電場(chǎng) 2Ec=3. 59kv · cnT1。
2.權(quán)利要求I所述的鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料的制備方法，其特征在于步驟如下a、將高氯酸銅溶于去離子水中，配成摩爾濃度為O.2 O. 6mol/L的高氯酸銅溶液待用；b、將丙二酸溶于去離子水中，攪拌至完全溶解，配成摩爾濃度為O.I O. 3mol/L的丙二酸溶液，按丙二酸與高氯酸銅的摩爾比I :2的比例，將所述丙二酸溶液與所述高氯酸銅溶液混合均勻，得到淡藍(lán)色溶液；C、將鄰菲羅啉溶于乙醇中，配成摩爾濃度為O. 2 O. 6mol/L的鄰菲羅啉溶液，然后按鄰菲羅啉與高氯酸銅的摩爾比I :1的比例，將所述鄰菲羅啉溶液與上述淡藍(lán)色溶液混合均勻，待形成藍(lán)色懸濁液，過(guò)濾除去不溶物，濾液靜置于室溫，待深藍(lán)色狀晶體析出完畢，過(guò)濾，將深藍(lán)色狀晶體研磨成過(guò)100目篩的粉體，得到純度不低于99%的鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了分子式為[Cu2(phen)2(H2O)3(mal)(ClO4)](ClO4)的鄰菲羅啉丙二酸銅鐵電功能材料，其中phen為鄰菲羅啉，mal為丙二酸，該鐵電功能材料為藍(lán)色粉體，屬P21空間群晶體結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)為其鐵電特征參數(shù)分別為飽和極化強(qiáng)度Ps=0.25μC·cm-2，剩余極化強(qiáng)度2Pr=0.20μC·cm-2，矯頑電場(chǎng)2Ec=3.59kv·cm-1。該材料是由柔性丙二酸酸有機(jī)配體與Cu2+離子、高氯酸根離子以及鄰菲羅啉構(gòu)筑的金屬-有機(jī)配合物，具有較好的鐵電特性，與羅息鹽的飽和極化強(qiáng)度相當(dāng)。該鐵電功能材料制備方法以高氯酸銅溶液與丙二酸溶液混合，再與鄰菲羅啉溶液混合方式制備得到，具有流程少，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低。
文檔編號(hào)C07F1/08GK102924486SQ20121040095
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者鄭岳青, 金陵, 許偉, 朱紅林, 林建利 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)