一种有机-无机杂化分子铁电材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种有机

【技术实现步骤摘要】
一种有机
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无机杂化分子铁电材料及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及一种铁电材料及其制备和应用，尤其涉及一种有机
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无机杂化分子铁电材料及其制备和应用。

技术介绍

[0002]铁电材料，其自发极化可以通过应用电场进行转换，使其成为信息存储、光学传感器、电容器、光伏等领域的诱人材料。自1920年第一个铁电体罗谢尔盐被发现以来，已有多种无机铁电陶瓷投入应用，是数十亿美元的电子陶瓷工业的心脏和灵魂。然而随着人们对节能环保的重视程度不断提高，工艺流程复杂、能耗高，已成为制约无机铁电材料应用的主要障碍。
[0003]分子铁电材料具有机械灵活性、轻量化、结构多样性和加工环境友好等优点，被认为是无机铁电陶瓷的有前途的补充材料。近年来，分子铁电材料在设计方法和性能方面都取得了重大进展。近来报道的一些新出现的分子铁电在居里温度，压电系数等核心性能参数上都达到甚至部分超过无机铁电体的性能。到目前为止，尽管分子铁电材料已经取得了长足的进步，但如何设计和优化具高居里温度的分子铁电材料仍然是一个挑战，迫切需要开发新的具有优异性质的材料，以进一步研究和应用。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术旨在提供一种具有优异可逆介电性质和铁电性的分子基铁电材料有机
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无机杂化分子铁电材料；本专利技术的另一目的在于提供一种工艺简单和可重复性高的有机
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无机杂化分子铁电材料的制备方法；本专利技术的另一目的在于提供一种有机
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无机杂化分子铁电材料的应用。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种有机
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无机杂化分子铁电材料，其分子通式为[C5H
12
N]2CuBr4，为晶体结构，所述晶体结构中的不对称单元由2个环戊胺阳离子和1个畸变的[CuBr4]2‑
阴离子组成。
[0006]优选地，所述晶体为零维结构。
[0007]优选地，所述晶体在室温铁电相下属单斜晶系，结晶于Pna21空间群。
[0008]优选地，所述晶体在高温顺电相下属正交晶系，结晶于Pnma空间群。
[0009]所述的有机
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无机杂化分子铁电材料的制备方法，采用溶剂挥发法，将环戊胺加酸质子化后和CuBr2在溶剂中混合后缓慢挥发自组装制得。
[0010]优选地，所述反应物环戊胺与CuBr2的摩尔比2～3：1，挥发时间为3～10天，制备过程中的温度为10
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30℃。
[0011]优选地，所述溶剂为乙醇或者去离子水。
[0012]所述有机
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无机杂化分子铁电材料在信息存储、太阳能储能、传感器、可变电容器和智能开关领域具有良好应用。
[0013]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)具有优异可逆介电性
质，本专利技术所述材料为晶体结构，在较高的温度下呈现两种态的可逆相互切换，在很宽的温度范围内具有铁电性，具有较好的应用价值；该材料可在393K处发生顺电
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铁电相变，且可逆性优异，其居里点下不同温度都保持了优异的铁电性可作为理想的铁电材料在信息存储、太阳能储能、传感器和可变电容器等领域产生巨大的应用潜力；(2)本专利技术所述材料制备工艺简单，重复性好；(3)本专利技术所述材料物质结构稳定，廉价易得。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4的DSC曲线；
[0015]图2为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4的介电
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温度关系曲线；
[0016]图3为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4的介电切换循环图；
[0017]图4为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4的对成型破缺变化图；
[0018]图5为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4的晶体结构堆积图；
[0019]图6为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4电滞回线；
[0020]图7为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4变温电滞回线；
[0021]图8为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4的XRD图；
[0022]图9为本专利技术实施例1中配合物晶体[CPA]2CuBr4的TG图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]室温下，将4mmol环戊胺和3ml氢溴酸加入乙醇中质子化，再加入2mmol溴化铜搅拌至溶液澄清在室温下缓慢蒸发，6天后得到深紫色片状晶体。
[0026]实施例2
[0027]室温下，将8mmol环戊胺和6ml氢溴酸加入去离子水中质子化，再加入4mmol溴化铜搅拌至溶液澄清在室温下缓慢蒸发，10天后得到深紫色片状晶体。
[0028]实施例3
[0029]室温下，将3mmol环戊胺和1ml氢溴酸加入乙醇中质子化，再加入1mmol溴化铜搅拌至溶液澄清在室温下缓慢蒸发，3天后得到深紫色片状晶体。
[0030]经过比较我们发现实施例1效果最优，样品纯度最高，晶体质量最好。
[0031]对实施例1中的配合物晶体进行结构测定，在显微镜下挑选规则透明大小适中的单晶样本，室温下经石墨单色化的Mo Kα射线光源照射在Bruker Apex II CCD衍射仪上收集X射线衍射点进行结构分析，结果见表1。采用最小二乘法确定晶胞参数，使用SADABS法进行半经验吸收校正，数据还原和结构解析分别使用SAINT和SHELXL程序包完成，所有非氢原子均使用全矩阵最小二乘法进行各向异性精修。相关结构经检测无误后申请了相应的CCDC号2105037
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2105039。
[0032]表1实施例1制备的配合物的晶体学数据
[0033][0034]图1为实施例1中配位化合物的DSC分析：
[0035]如图所示升降温过程的差示扫描量热曲线中，在250K和393K(升温过程)处出分别现了一对可逆峰，证明了两个温度下化合物发生了可逆相变相变。
[0036]图2为实施例1中配位化合物的介电
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温度图谱：
[0037]如图所示介电常数的升降温测试过程中，在245K和385K附近获得了两个类似于阶梯的介电异常，且与DSC数据基本对应进一步证明了相变的发生。
[0038]图3为实施例1中配位化合物的介电切换循环：
[0039]如图所示通过在居里温度393K附近反复的升降温度，介电状态的不断切换展现了材料优异的可逆性。
[0040]图4为实施例1中配位化合物的对称破缺变化图：
[0041]如图所示在铁电相
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顺电相转化过程中发生了对称破缺，对称性元素由8个(E,3C2,i,3σ)减少到4个(E,C2,2σ)。铁电空间群Pna21是PP空间群P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
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无机杂化分子铁电材料，其特征在于：其分子通式为[CPA]2CuBr4，为晶体结构，所述晶体结构中的不对称单元由2个环戊胺阳离子和1个畸变的[CuBr4]2‑
阴离子组成。2.根据权利要求1所述的有机
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无机杂化分子铁电材料，其特征在于：所述晶体为零维结构。3.根据权利要求1所述的有机
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无机杂化分子铁电材料，其特征在于：所述晶体在室温铁电相下属单斜晶系，结晶于Pna21空间群。4.根据权利要求1所述的有机
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无机杂化分子铁电材料，其特征在于：所述晶体在高温顺电相下属正交晶系，结晶于Pnma空间群。5.一种权利要求1所述的有机
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无机杂化分子铁电材料的制备方法，其特征在于：采用溶剂挥发法，将环戊胺加酸质子化后和C...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶丝雨，李俊毅，刘静苑，佟亮，陈立庄，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：