柔性压电和铁电卤代咪唑晶体制造技术

本文提供取代的卤代咪唑晶体，所述取代的卤代咪唑晶体包含取代的卤代咪唑化合物，其中所述取代基选自氢、烷基和卤素。取代的卤代咪唑晶体可以还包含第二取代的卤代咪唑。取代的卤代咪唑晶体可以是压电的、铁电的、柔性的或其任何组合。本文也提供制备取代的卤代咪唑晶体的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性压电和铁电卤代咪唑晶体与有关申请的交叉引用本申请要求2016年4月12日提交的U.S.临时申请No.62/321,290和2016年9月2日提交的U.S.临时申请No.62/382,994的优先权的益处，通过援引将两者的内容全部并入本文。政府利益声明本专利技术得到下述政府支持：NationalScienceFoundation给予的DMR1507810和U.S.DepartmentofEnergy给予的DE-AC02-06CH11357。政府对本专利技术具有某些权利。
本技术一般地涉及柔性有机电子材料。尤其是，本技术涉及柔性压电和铁电卤代咪唑晶体。
技术介绍
在1921年，Valasek观察到罗谢尔盐(酒石酸钠钾四水合物)晶体的自发极化能够通过施加外部电场而翻转。为了试图强调与在那时已知的铁磁性的概念相似性，新效果随后被命名为铁电性。在这期间，其在许多技术中成为重要角色，用于数据和能量存储。在晶体中，铁电性仅在采用极性空间群的物质中观察到，并且伴随压电性和热电性的有关现象，将铁电物质的应用进一步拓展至压电性的启动器、传感器和换能器。与之相对，反铁电性还能够在显著更普遍的中心对称结构中观察到，其形式是在所施加的场足够强的情况下由正场和负场回线组成的双重滞后极化-电场特征。在这些系统中所施加的场或压力引起的极化和体积的急剧变化具有推进能量和传感领域的技术的潜力。最广泛使用的无机铁电物质比如钙钛矿酞酸钡和酞酸锆酸铅虽然显示优异效能特征，但由于存在重金属而受到固有的应用限制。该因素促使对替代品的搜寻，具有可比拟电子特性的更良性。有机物质已作为有希望备择对象出现，并且已报告数种室温小分子有机铁电体和反铁电体。除了其它希望特性，有机物质理论上也能够展示柔性，但是在实际当中绝大多数有机铁电体和反铁电体都是刚性结晶固体。用于柔性装置中的最广泛应用的有机物质是铁电聚合物，其在制备为薄膜的情况下适于铁电和压电的双重应用。虽然会希望能够制备结晶且柔性的有机铁电/反铁电物质，但找出这种物质是挑战性的，原因在于晶体柔性和铁电性/反铁电性本身均是相当罕见的特性。在有机铁电体/反铁电体中一般遇到的模体是氢键的链，其中氢键供体和受体在施加电场的影响下交换角色。尽管对晶体弹性的来源理解不充分，但已知的实例表明弹性和塑料特性可能与晶体中的卤素成键相关。在CambridgeStructuralDatabase中的搜索揭示，某些卤化咪唑(i)以极性空间群结晶并且(ii)作为形成N-H···N氢键的结果组装为链。本文报告的是，适当设计的三取代卤代咪唑显示铁电性和压电性以及产生天然扭曲或弹性的晶体的倾向，其电子和机械特性产生自这些独特分子的明显不同的结构特征。专利技术概要本文公开卤代咪唑晶体。该晶体可以具有一种或多种下述特性：压电性，热电性，铁电性，柔性，或其任何组合。所公开的有机晶体适于许多应用，包括但不限于数据存储，能量存储，或者压电启动器，传感器或换能器。该晶体包含至少一种式I卤代咪唑化合物：其中R1、R2和R3独立地选自氢、烷基和卤素且其中R1、R2和R3中至少一个是卤素。在某些实施方式中，卤代咪唑是二卤代咪唑。二卤代咪唑可以包含两个不同的卤素。在其它实施方式中，二卤代咪唑包含两个相同的卤素。在某些实施方式中，R1、R2和R3之一是烷基。在特别的实施方式中，烷基选自甲基和乙基在其它实施方式中，卤代咪唑是三卤代咪唑。三卤代咪唑可以包含至少两个不同的卤素。在其它实施方式中，三卤代咪唑包含三个相同的卤素。对于上文描述的任何卤代咪唑，卤素可以选自氯、溴和碘。在特别的实施方式中，卤代咪唑选自4,5-二氯-2-甲基咪唑，4,5-二溴-2-甲基咪唑，4,5-二碘-2-甲基咪唑，2,4,5-三氯咪唑，2,4,5-三溴咪唑，2-溴-4,5-二氯咪唑，2,4-二溴-5-氯咪唑，2,4-二溴-5-甲基咪唑，4,5-二氯-2-乙基咪唑，4,5-二溴-2-乙基咪唑，2,4,5-三碘咪唑，和2-溴-4,5-二甲基咪唑。在某些实施方式中，晶体包含至少两种不同的式I卤代咪唑化合物。在特别的实施方式中，所述至少两种不同的式I卤代咪唑化合物包含第一卤代咪唑和第二卤代咪唑并且其中所述第一卤代咪唑是二卤代咪唑而所述第二卤代咪唑是三卤代咪唑。二卤代咪唑可以选自4,5-二氯-2-甲基咪唑，4,5-二溴-2-甲基咪唑，4,5-二碘-2-甲基咪唑，2,4-二溴-5-甲基咪唑，和4,5-二氯-2-乙基咪唑，4,5-二溴-2-乙基咪唑。三卤代咪唑可以选自2,4,5-三氯咪唑，2,4,5-三溴咪唑，2-溴-4,5-二氯咪唑，2,4-二溴-5-氯咪唑，和2,4,5-三碘咪唑。第一卤代咪唑与第二卤代咪唑的摩尔比可以是5:1至1:5。本专利技术的又一方面是包含第一卤代咪唑和第二卤代咪唑的混晶，其中所述第一卤代咪唑是式I化合物：其中第一卤代咪唑的R1、R2和R3各自是卤素，其中所述第二卤代咪唑是式I化合物：和其中第二卤代咪唑的R1、R2和R3独立地选自烷基和卤素且R1、R2和R3中至少两个是卤素。第二卤代咪唑的R1可以是烷基。在特别的实施方式中，烷基是甲基。在某些实施方式中，第二卤代咪唑的R2和R3均是相同的卤素。在特别的实施方式中，第二卤代咪唑选自4,5-二氯-2-甲基咪唑，4,5-二溴-2-甲基咪唑，和4,5-二碘-2-甲基咪唑。在其它实施方式中，第二卤代咪唑的R2和R3均是不同的卤素。在某些实施方式中，第一卤代咪唑的R1、R2和R3各自是相同的卤素。在特别的实施方式中，第一卤代咪唑选自2,4,5-三氯咪唑，2,4,5-三溴咪唑，和2,4,5-三碘咪唑。在其它实施方式中，第一卤代咪唑的R1、R2和R3之一是与第一卤代咪唑的其它两个卤素不同的卤素。在特别的实施方式中，第一卤代咪唑选自2-溴-4,5-二氯咪唑，2,4-二溴-5-氯咪唑。第一卤代咪唑与第二卤代咪唑的摩尔比可以是5:1至1:5。方法的又一方面是制备卤代咪唑晶体，所述方法包括从溶液蒸发溶剂，所述溶液包含所述溶剂和至少一种式I卤代咪唑化合物：其中R1、R2和R3独立地选自氢、烷基和卤素和其中R1、R2和R3中至少一个是卤素。在某些实施方式中，卤代咪唑是二卤代咪唑。二卤代咪唑可以包含两个不同的卤素。在其它实施方式中，二卤代咪唑包含两个相同的卤素。在某些实施方式中，R1、R2和R3之一是烷基。在特别的实施方式中，烷基选自甲基和乙基。在其它实施方式中，卤代咪唑是三卤代咪唑。三卤代咪唑可以包含至少两个不同的卤素。在其它实施方式中，三卤代咪唑包含三个相同的卤素。对于上文描述的任何卤代咪唑，卤素可以选自氯、溴和碘。在特别的实施方式中，卤代咪唑选自4,5-二氯-2-甲基咪唑，4,5-二溴-2-甲基咪唑，4,5-二碘-2-甲基咪唑，2,4,5-三氯咪唑，2,4,5-三溴咪唑，2-溴-4,5-二氯咪唑，2,4-二溴-5-氯咪唑，2,4-二溴-5-甲基咪唑，4,5-二氯-2-乙基咪唑，4,5-二溴-2-乙基咪唑，2,4,5-三碘咪唑，和2-溴-4,5-二甲基咪唑。在某些实施方式中，晶体包含至少两种不同的式I卤代咪唑化合物。在特别的实施方式中，所述至少两种不同的式I卤代咪唑化合物包含第一卤代咪唑和第二卤代咪唑并且其中所述第一卤代咪唑是二卤代咪唑而所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.卤代咪唑晶体，包含至少一种式I卤代咪唑化合物：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.12 US 62/321,290;2016.09.02 US 62/382,9941.卤代咪唑晶体，包含至少一种式I卤代咪唑化合物：其中R1、R2和R3独立地选自氢、烷基和卤素且其中R1、R2和R3中至少一个是卤素。2.权利要求1的晶体，其中卤代咪唑是二卤代咪唑。3.权利要求2的晶体，其中二卤代咪唑包含两个不同的卤素。4.权利要求2的晶体，其中二卤代咪唑包含两个相同的卤素。5.权利要求2的晶体，其中R1、R2和R3之一是烷基。6.权利要求3的晶体，其中烷基选自甲基和乙基。7.权利要求1的晶体，其中卤代咪唑是三卤代咪唑。8.权利要求7的晶体，其中三卤代咪唑包含至少两个不同的卤素。9.权利要求7的晶体，其中三卤代咪唑包含三个相同的卤素。10.权利要求1-9中任一项的晶体，其中卤素选自氯、溴和碘。11.权利要求1的晶体，其中卤代咪唑选自4,5-二氯-2-甲基咪唑，4,5-二溴-2-甲基咪唑，4,5-二碘-2-甲基咪唑，2,4,5-三氯咪唑，2,4,5-三溴咪唑，2-溴-4,5-二氯咪唑，2,4-二溴-5-氯咪唑，2,4-二溴-5-甲基咪唑，4,5-二氯-2-乙基咪唑，4,5-二溴-2-乙基咪唑，2,4,5-三碘咪唑，和2-溴-4,5-二甲基咪唑。12.权利要求1的晶体，其中所述晶体包含至少两种不同的式I卤代咪唑化合物。13.权利要求12的晶体，其中所述至少两种不同的式I卤代咪唑化合物包含第一卤代咪唑和第二卤代咪唑并且其中所述第一卤代咪唑是二卤代咪唑和所述第二卤代咪唑是三卤代咪唑。14.权利要求13的晶体，其中二卤代咪唑选自4,5-二氯-2-甲基咪唑，4,5-二溴-2-甲基咪唑，4,5-二碘-2-甲基咪唑，2,4-二溴-5-甲基咪唑，和4,5-二氯-2-乙基咪唑，4,5-二溴-2-乙基咪唑。15.权利要求12或13的晶体，其中三卤代咪唑选自2,4,5-三氯咪唑，2,4,5-三溴咪唑，2-溴-4,5-二氯咪唑，2,4-二溴-5-氯咪唑，和2,4,5-三碘咪唑。16.权利要求12-15中任一项的晶体，其中第一卤代咪唑与第二卤代咪唑的摩尔比是5:1至1:5。17.权利要求1-16中任一项的晶体，其中所述晶体具有选自下述的特性：压电性，热电性，铁电性，柔性，其任意两种的组合，其任意三种的组合，和其全部的组合。18.权利要求1的晶体，其中所述晶体具有柔性特性。19.权利要求1的晶体，其中所述晶体具有铁电性特性。20.混合晶体，包含第一卤代咪唑和第二卤代咪唑，其中所述第一卤代咪唑是式I化合物：其中所述第一卤代咪唑的R1、R2和R3各自是卤素，其中所述第二卤代咪唑是式I化合物：和其中所述第二卤代咪唑的R1、R2和R3独立地选自烷基和卤素且R1、R2和R3中至少两个是卤素。21.权利要求20的混合晶体，其中所述第二卤代咪唑的R1是烷基。22.权利要求21的混合晶体，其中烷基是甲基。23.权利要求21的混合晶体，其中所述第二卤代咪唑的R2和R3均是相同的卤素。24.权利要求23的混合晶体，其中所述第二卤代咪唑选自4,5-二氯-2-甲基咪唑，4,5-二溴-2-甲基咪唑，和4,5-二碘-2-甲基咪唑。25.权利要求21的混合晶体，其中所述第二卤代咪唑的R2和R3均是不同的卤素。26.权利要求20的混合晶体，其中所述第一卤代咪唑的R1、R2和R3各...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·奥克扎雷克，K·A·胡杰克，D·P·费里斯，A·普罗科夫耶夫，D·P·维纳亚克，J·F·斯图达特，D·S·洪，
申请(专利权)人：西北大学，阿卜杜拉阿齐兹国王科技城，U芝加哥阿谷尼有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US