[发明专利]一种一水合丙二酸铀酰镉铁电功能材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种一水合丙二酸铀酰镉铁电功能材料及其粉体和晶体的不同制备方法。该铁电功能材料分子式为[(UO₂)Cd(bipy)L₂]·H₂O，其中bipy为4，4’‑联吡啶分子，L为丙二酸根阴离子，是一种能通过100目筛，纯度不低于99％的黄色粉体，属于单斜晶系，具有Cc空间群结构，其晶体的晶胞参数为：α＝90°，β＝111.44(3)°，γ＝90°，其铁电特征参数分别为：2Pr＝0.820μC·cm^‑2，2Ec＝9.570kV·cm^‑1，Ps＝0.435μC·cm^‑2。本发明的制备方法具有工艺简单易行、对设备要求低、产率高等优点。

技术领域

本发明涉及铁电功能材料，具体涉及一种一水合丙二酸铀酰镉铁电功能材料及其制备方法。

背景技术

铁电材料是一类重要的功能材料，它具有介电性、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，因此铁电材料成了近年来高新技术研究的前沿和热点之一。

早在远古时期，人们就知道某些物质具有与温度有关的自发电偶极距，因为它们被加热时具有吸引其它轻小物体的能力。1824年Brewster观察到许多矿石具有热释电性。1880年约·居里和皮·居里发现当对样品施加应力时出现电极化的现象。但是，早期发现的热释电体没有一个是铁电体。直到1920年，法国人Valasek发现了罗息盐(酒石酸钾钠，NaKC₄H₄O₆·4H₂O)特异的介电性能，这一发现揭开了研究铁电材料的序幕。在1935年Busch发现了磷酸二氢钾KH₂PO₄(简称KDP)，其相对介电常数高达30，远远高于当时的其它材料。1940年之后，以BaTiO₃为代表的具有钙钛矿结构的铁电材料陆续被发现，这是铁电历史上里程碑式的时期。直至20世纪80年代，随着铁电唯象理论和软膜理论的逐渐完善，铁电晶体物理内涵的研究趋于稳定。20世纪80年代中期，薄膜制备技术的突破为制备高质量的铁电薄膜扫清了障碍。

从目前的研究现状来看，对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段，且集中在无机化合物铁电材料，因而探索和开发新颖铁电材料、不断发展其制备工艺，仍是材料工作者不断致力的方向之一，而对金属-有机配合物铁电材料的研究工作则处于起步阶段，研究成果显得相对有限。由于铁电功能材料结构的空间群必须为下述10个极性点群之一：C₁，C_s，C₂，C_2v，C₃，C_3v，C₄，C_4v，C₆，C_6v，因此铁电材料的合成极具挑战性，选择合适的金属离子与有机配体来实现新颖功能材料的设计和构筑显得尤为重要。基于以上原因，人们在合成金属-有机配合物铁电材料时倾向于选择具有手性特征的有机配体来提高形成具有以上极性点群结构的几率，如李郤里等人发明的一种(R，R)-1，2-二苯基乙二胺叠氮镍配合物(CN104341456B)，采用手性二齿含氮有机配体(R，R)-1，2-二苯基乙二胺来制备出性能良好的的铁电材料，制备工艺简单，常温常压反应，后处理容易且产率高，有望作为新型铁电材料在信息存储领域有广阔的应用前景。戚金丽等发明的一种具有铁电功能的水合L-酒石酸硫酸钕配合物(专利号CN 201310065250.9)，具有流程少，工艺简单，对设备要求低，无污染，成本低，易于产业化的优点。相反，采用非手性有机配体如脂肪多羧酸等构筑金属-有机配合物铁电功能材料的例子非常少见。而且，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。