[发明专利]稀土金属离子液晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类含稀土金属组分的液晶材料及其制备方法，特别是涉及一类新型的硝酰稀土金属酸盐阴离子的离子液晶及其制备方法，属于稀土功能材料及其制备技术领域。

背景技术

液晶是具有各相异性的液体，被认为是“第四种”物质状态。因其既具有液体的流动性，又具有固体的各向异性，在电子电器、信息通讯、航空航天、精密制造、汽车、机械、化工、气体探测和肿瘤诊断等领域具有广泛的应用价值。离子液晶是结构与离子液体相似、具有液晶特性的化合物。离子液晶兼具离子液体和液晶的特性，与传统的中性分子构成的液晶的最明显的不同是，离子液晶具有良好的导电性，这使得离子液晶可作为具有方向性的离子导电材料。同时，离子液晶在染料敏化太阳能电池及生物学研究中都有潜在的应用前景。

稀土具有优良的光电磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。稀土是全球性的重要战略资源，被广泛应用于机械冶金、石油化工、光电磁学、轻工纺织、生物医学和原子能工业等领域，应用面广，产业关联度高，被誉为现代工业的“维生素”。结合稀土和离子液晶的优点，有望获得具有优异光、电、磁等特性的离子液晶材料。通常离子液晶通过对离子液体进行结构改变制得，离子液晶材料需要较好的稳定性。2008年，硝酰稀土金属酸盐离子液体被报道出来，它们具有很好的水、潮湿稳定性(G. H. Tao, Y. Huang, J. A. Boatz,J. M. Shreeve, Chem. Eur. J. 2008, 14, 11167–11173)。但文献报道的硝酰稀土金属酸盐离子液体不具有液晶特性，该研究只采用了三唑鎓和四唑鎓的阳离子，其合成的离子液体熔点较高，液态性质较差，热稳定性不是很好。此外，其合成方法需要比较复杂的制备过程和昂贵的脱水剂。有关本发明所涉及的硝酰稀土金属酸盐离子液晶至今尚未有报导，这类硝酰稀土金属酸盐离子液晶材料的制备方法也是本发明首次提及。

发明内容

本发明的目的是提供一类新型的稀土金属离子液晶及其制备方法。

本发明提供的稀土金属离子液晶，其结构式为：Cat⁺_x[Ln(NO₃)_3+x(H₂O)_y]^x-

其中，稀土Ln可选镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等稀土元素中的一种或几种。

硝酰稀土金属酸盐阴离子[Ln(NO₃)_3+x(H₂O)_6–2x]^x-中，x = 1~3，y = 0 ~ 6-2x。

阳离子Cat⁺为二烷基取代的咪唑[R₁R₂im]⁺或一烷基取代的吡啶阳离子[RPy]⁺。

其中，R₁为质子氢或相同或不同的可带有合适官能团的烃基或芳基，如：甲基、乙基、丁基、异丁基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、苄基、乙烯基、烯丙基、氰乙基、乙酸乙酯基等；R₂、R为长链烃基或可带有合适官能团的烃基或芳基，如：十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、十二烷氧基苯基、三（十二烷氧基）苄基、（对丁氧基联苯醚）辛基等。

本发明另外一个目的是提供一种制备稀土金属离子液晶材料的制备方法，是将二烷基取代的咪唑硝酸盐或一烷基取代的吡啶硝酸盐与稀土硝酸盐化合物在溶剂中反应，反应后除去溶剂，即得到所述稀土金属离子液晶。

上述制备方法中所述的稀土金属离子液晶，其结构式为：Cat⁺_x[Ln(NO₃)_3+x(H₂O)_y]^x-

其中，稀土Ln可选镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等稀土元素中的一种或几种。

硝酰稀土金属酸盐阴离子[Ln(NO₃)_3+x(H₂O)_6–2x]^x-中，x = 1~3，y = 0 ~ 6-2x。