專利名稱：L-酒石酸硫酸鈰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L-酒石酸硫酸鈰鐵電功能材料及其該鐵電功能材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鐵電材料是熱釋電材料中的一類，它的特點(diǎn)是不僅具有自發(fā)極化，而且在一定溫度范圍內(nèi)，其自發(fā)極化偶極矩的大小和方向能隨外加電場(chǎng)的大小和方向而改變。鐵電功能材料的空間群結(jié)構(gòu)是下述極性點(diǎn)群的其中之一 C1; Cs, C2, C2v，C3, C3v，C4, C4v，C6, C6v0由于鐵電材料具有優(yōu)良的鐵電、介電、熱釋電以及壓電等特性，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)、光電子和微機(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)域最熱門的研究課題之一。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發(fā)應(yīng)用仍然處于發(fā)展階段，且集中在無(wú)機(jī)化合物鐵電材料，而對(duì)金屬-有機(jī)配合物鐵電材料的研究工作則處于起步階段， 研究成果顯得相對(duì)有限。金屬有機(jī)配位化學(xué)的發(fā)展為新型功能材料的設(shè)計(jì)和開發(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。由于鐵電功能材料對(duì)其微觀晶體結(jié)構(gòu)的空間群必須為上述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?；谝陨显?，人們?cè)诤铣山饘?有機(jī)配合物鐵電材料時(shí)傾向于選擇具有手性特征的有機(jī)配體來(lái)提高形成具有以上極性點(diǎn)群結(jié)構(gòu)的幾率，到目前為止僅熊仁根等人報(bào)道了采用手性配體N- (4-氰卞基)-(S)-脯氨酸、(S) -4- (4 ‘-氨苯基)-2-氨基丁酸以及奎寧等與金屬離子構(gòu)筑的鐵電功能材料。而以酒石酸作為手性源，摻入其它無(wú)機(jī)陰離子來(lái)共同構(gòu)筑和制備鐵電功能材料，尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提供一種鐵電特性較好，飽和極化強(qiáng)度Ps 值為0. 335 μ C · cm—2的L-酒石酸硫酸鈰的新型鐵電功能材料。本發(fā)明還提供了該L-酒石酸硫酸鈰鐵電功能材料的制備方法，該制備方法具有流程少，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，原料使用的二氧化鈰與酒石酸，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L(zhǎng)_酒石酸硫酸鈰鐵電功能材料， 該鐵電功能材料的分子式為[[Ce2 (H2O)2(L-(+)-tar)2 (SO4)] · 4H20]，該鐵電功能材料為能通過(guò)100目篩的白色單斜晶系粉體，純度不低于99%，其微觀晶體結(jié)構(gòu)具C2空間群(屬于 C2 極性點(diǎn)群)，晶體的晶胞參數(shù)為 = 21.960(14) A, b = 7.655(12) A，c = 6.167(11) A， β = 91.47(9) °，該鐵電功能材料的鐵電特征參數(shù)分別為2Pr = 0. 316 μ C/cm2, 2Ec = 54. lkV/cm，Ps = 0. 335 μ C/cm2。其飽和極化強(qiáng)度是羅息鹽(NaKC4H4O6 · 4H20)的飽和極化強(qiáng)度(PS = 0. 25 μ C · cm-2)的1. 34 倍，鐵電性能較好。該鐵電功能材料的制備方法，包括下述步驟1)在聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，按二氧化鈰與L_(+)_酒石酸、硫酸的摩爾比為1 1 2 0.8 1.2的比例，將二氧化鈰、L-(+)-酒石酸(L-(+)-tar)、硫酸溶液均勻混合，所述硫酸溶液的濃度為0. 8 1. 2mol/L ；2)在上述不銹鋼反應(yīng)釜中加入去離子水，所述二氧化鈰物的摩爾數(shù)與所述去離子水的體積之比為1 5 10，攪拌均勻后，密封不銹鋼反應(yīng)釜，在120 200°C溫度條件下， 進(jìn)行水熱反應(yīng)3 10天；3)水熱反應(yīng)完成后，讓所述不銹鋼反應(yīng)釜以每小時(shí)1 10°C的降溫速率冷卻至室溫，得到無(wú)色的L-酒石酸硫酸鈰片狀晶體；4)對(duì)所述L-酒石酸硫酸鈰片狀晶體進(jìn)行研磨，用100目篩篩選，通過(guò)100目篩的為白色的L-酒石酸硫酸鈰單斜晶系粉體。在步驟1中，所述二氧化鈰與L-(+)-酒石酸、硫酸的摩爾比為1 2 1。在步驟2中，所述二氧化鈰物的摩爾數(shù)與所述去離子水的體積之比為1 8，水熱反應(yīng)溫度為140°C，水熱反應(yīng)時(shí)間為5天。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于L-酒石酸硫酸鈰鐵電功能材料，該鐵電功能材料的分子式為[[Ce2 (H2O) 2(L-(+)-tar) 2 (SO4)] · 4H20]，該鐵電功能材料為能通過(guò)100目篩，白色的單斜晶系粉體，具有C2空間群結(jié)構(gòu)，晶體的晶胞參數(shù)為《 = 21.960(14) A，b = 7.655(12) A, C = 6.167(11) Α, β = 91.47(9) °，該鐵電功能材料的電滯回線的2Pr值為 0. 316 μ C/cm2，2Ec值為54. lkV/cm, Ps值為0. 335 μ C/cm2，飽和極化強(qiáng)度是羅息鹽的1. 34 倍，鐵電功能特征顯著。該鐵電功能材料的制備方法通過(guò)二氧化鈰、L-(+)_酒石酸、硫酸溶液三者均勻混合，加入去離子水進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完畢過(guò)濾后得到L-酒石酸硫酸鈰片狀晶體，磨細(xì)過(guò)篩后就為無(wú)色的L-酒石酸硫酸鈰單斜晶系粉體鐵電功能材料。該制備方法具有工藝簡(jiǎn)單易行、對(duì)設(shè)備要求低、原料成本低、產(chǎn)率高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的L-酒石酸硫酸鈰的分子結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的L-酒石酸硫酸鈰的PXRD圖譜與單晶模擬PXRD圖譜的對(duì)比圖；圖3為本發(fā)明的L-酒石酸硫酸鈰的TG-DTA曲線圖；圖4為本發(fā)明的L-酒石酸硫酸鈰的電滯回線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(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1在聚四氟乙烯內(nèi)襯不銹鋼反應(yīng)釜中依次加入2mmol (0. 34g)的Ce02、4mmol (0. 60g) 的L- (+) -tar、再滴加濃度為lmol/L的硫酸溶液2mL混合，然后加入16mL去離子水，攪拌均勻后，密封；在140°C溫度條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)5天，水熱反應(yīng)方程式如下
權(quán)利要求
1.L-酒石酸硫酸鈰鐵電功能材料，其特征在于該鐵電功能材料的分子式為[[Ce2( H2O) 2(L-(+)-tar) 2 (SO4)] · 4H20]，該鐵電功能材料為能通過(guò)100目篩的白色單斜晶系粉體，其微觀晶體結(jié)構(gòu)具有C2空間群，晶體的晶胞參數(shù)為⑴=21.960(14) Aj = 7.655(12) A，C = 6.167(11) Α, β =91.47(9)。，該鐵電功能材料的鐵電特征參數(shù)分別為2Pr = 0. 316 μ C/cm2，2Ec = 54. lkV/cm, Ps = 0. 335 μ C/cm2。
2.權(quán)利要求1所述的鐵電功能材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟1)在聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，按二氧化鈰與L-(+)_酒石酸、硫酸的摩爾比為1 1 2 0. 8 1. 2的比例，將二氧化鈰、L-(+)-酒石酸與硫酸溶液均勻混合，所述硫酸溶液的濃度為0. 8 1. 2mol/L ；2)在上述不銹鋼反應(yīng)釜中加入去離子水，所述二氧化鈰物的摩爾數(shù)與所述去離子水的體積之比為1 5 10，攪拌均勻后，密封不銹鋼反應(yīng)釜，在120 200°C溫度條件下，進(jìn)行水熱反應(yīng)3 10天；3)水熱反應(yīng)完成后，讓所述不銹鋼反應(yīng)釜以每小時(shí)1 10°C的降溫速率冷卻至室溫， 得到無(wú)色的L-酒石酸硫酸鈰片狀晶體；4)對(duì)所述L-酒石酸硫酸鈰片狀晶體進(jìn)行研磨，用100目篩篩選，通過(guò)100目篩的為白色的L-酒石酸硫酸鈰單斜晶系粉體。
3.權(quán)利要求2所述的鐵電功能材料的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述二氧化鈰與L-(+)_酒石酸、硫酸的摩爾比為1 2 1。
4.權(quán)利要求2所述的鐵電功能材料的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述二氧化鈰物的摩爾數(shù)與所述去離子水的體積之比為1 8，水熱反應(yīng)溫度為140°C，水熱反應(yīng)時(shí)間為5天。
全文摘要
本發(fā)明公開了L-酒石酸硫酸鈰鐵電功能材料，該鐵電功能材料的分子式為[[Ce2(H2O)2(L-(+)-tar)2(SO4)]·4H2O]，該鐵電功能材料為能通過(guò)100目篩，白色的單斜晶系粉體，具有C2空間群結(jié)構(gòu)，該鐵電功能材料的電滯回線的2Pr值為0.316μC/cm2，2Ec值為54.1kV/cm，Ps值為0.335μC/cm2，飽和極化強(qiáng)度是羅息鹽的1.34倍，鐵電功能特征顯著。該鐵電功能材料的制備方法通過(guò)二氧化鈰、L-(+)-酒石酸、硫酸溶液三者均勻混合，加入去離子水進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完畢過(guò)濾后得到L-酒石酸硫酸鈰片狀晶體，磨細(xì)過(guò)篩后就為無(wú)色的L-酒石酸硫酸鈰單斜晶系粉體鐵電功能材料。該制備方法具有工藝簡(jiǎn)單易行、對(duì)設(shè)備要求低、原料成本低、產(chǎn)率高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/56GK102330153SQ201110284519
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者常海圣, 朱紅林, 林建利, 許偉, 鄭岳青 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)