[发明专利]三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁电功能材料，具体涉及三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料及制备方法。

背景技术

铁电功能材料具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性，可用于制作铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、光波导介质移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。这些元器件在航空航天、通信、家电、国防等领域具有广泛的应用前景。从晶体学角度，只有C1,C2,C3,C4,C6,Cs,C2v,C4v,C3v和C6v的10种极性点群符合铁电功能材料的要求，所有铁电晶体的结构都属于极性点群，都是非中心对称的。到目前为止，已发现的铁电晶体（包括多晶体）有一千多种。近年来，基于有机-无机杂化金属有机配合物的发展为新型铁电功能材料的设计合成和制备及其开发提供了崭新的思路，其主要策略在于通过选择合适的金属离子与有机配体，借助金属离子与有机配体之间的配位键合作用，来实现新颖功能材料的设计和构筑。金属-有机配位聚合物组分繁多，结构多样化，预期从中可发掘出更多的铁电体，从而扩展铁电物理学的研究领域，并开发新的应用，这种铁电材料的研究已经引起化学家和物理学家的广泛兴趣，并大大推动了材料科学的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种良好的铁电特性，饱和极化强度Ps值为0.246μC·cm^–2的三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料。本发明还提供了该铁电功能材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料，其分子式为[Cu(HSO₄)(C₁₆H₁₀N₃O₂)]，为纯度不低于99%的单斜晶系蓝色粉体，晶体空间群结构为C1（具体为Cc），其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.108μC·cm^–2，矫顽电场2Ec=5.46kV·cm^–1，饱和极化强度Ps=0.246μC·cm^–2，其晶胞参数为：a=1.5440(3)nm，b=0.8350(2)nm，c=1.3276(3)nm，α=90°，β=114.55(3)°，γ=90°。C₁₆H₁₀N₃O₂=2,2’:6’,2”-三联吡啶-4’-羧酸。

该三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料的制备方法，步骤如下：

a、按摩尔比为1：1～4的比例将2,2’:6’,2”-三联吡啶-4’-羧酸和硫酸铜混合，置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中；

b、按硫酸铜与溶剂的摩尔体积比1mmol：30～40mL的比例，在上述反应釜中加入溶剂，搅拌均匀后，密封，在120～180℃温度条件下水热反应3～5天；所述溶剂为去离子水与无水乙醇按体积比1mL：0～1mL组成；

c、水热反应完成后，让不锈钢反应釜以每小时降温2～5℃的方式冷却至室温，得到蓝色块状的三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜晶体；

d、将所述三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜晶体研磨成通过100目筛的三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜单斜晶系的蓝色粉体。

与现有技术相比，本发明的优点在于三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料及制备方法，该三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料分子式为[Cu(HSO₄)(C₁₆H₁₀N₃O₂)]，为纯度不低于99%的单斜晶系蓝色粉体，晶体空间群结构为C1，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.108μC·cm^–2，矫顽电场2Ec=5.46kV·cm^–1，饱和极化强度Ps=0.246μC·cm^–2；该铁电功能材料的饱和极化强度接近罗息盐，具有良好的铁电特性。该铁电功能材料的制方法使用环境污染少、成本低的硫酸铜和2,2’:6’,2’’-三联吡啶-4’-羧酸为原料进行水热反应，具有流程少，工艺简单，设备要求低的优点。

附图说明

图1为三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料的分子结构图；

图2为三联吡啶-4’-羧酸硫酸氢铜铁电功能材料的PXRD图谱与单晶模拟PXRD图谱的对比图；