[发明专利]一种分子基压电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种分子基压电材料及其制备方法和应用。该分子基材料具有通式为[(A1)_x(A2)_1‑x][(B1)_y(B2)_1‑y][(C1)_z(C2)_1‑z]₃(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)，其中A1或A2为有机阳离子，B1或B2为金属阳离子，C1或C2为无机阴离子。通过调节A1、A2、B1、B2、C1、C2的类型和组分x、y、z的大小，可以获得具有极大压电性能的分子基压电材料。其中，组分为(TMFM)_x(TMCM)_1‑xCdCl₃(x＝0.1～1.0)的分子压电材料具有高达1200pC/N的压电系数d₃₃，并已经达到或超过无机陶瓷的水平。同时该类分子基材料可以通过液相或固相反应合成，并可制备高质量的晶体、多晶块材及薄膜。

技术领域

本发明涉及一种压电材料技术；涉及一种分子基材料的合成和制备方法；涉及多种分子及材料粉末、块材及薄膜的制备方法。

背景技术

描述与本发明最接近的现有技术的状况和存在的问题。

压电材料是一类重要的功能性材料，由于其可以直接进行机械能和电能的转换，被广泛用于探测、传感、运动控制、信息等多个领域。传统的无机压电陶瓷材料(例如锆钛酸铅，PZT)具有压电性能高和机电耦合系数大等特点，然而，随着当前对薄膜器件、柔性器件、可穿戴器件等应用的需求，以及国内外对环境保护的愈发重视，使得无机压电陶瓷的高温烧结、高成膜成本、较差的柔性、具有潜在有毒金属元素等不利因素愈发凸显。

针对传统无机压电陶瓷的种种问题，分子基材料由于其高柔性、容易成膜、全液相合成兼具环保及优良的生物兼容性等优势成为新一代压电材料的理想选择。但分子基材料较差的压电特性严重的制约了其发展和应用。

针对分子基材料压电特性差的问题，目前最好的解决方案为多极轴分子基铁电体，2017年，研究者报道了室温压电系数d₃₃最大达到220pC/N的(TMCM)-CdCl₃和室温压电系数d33最大达到185pC/N的(TMCM)-MnCl₃等新型分子基压电材料，分子基压电材料的压电性能已经接近并超越了常规单组份无机压电材料(如钛酸钡，其压电系数d₃₃为190pC/N)。尽管分子基压电材料的性能得到了长足的进步，但与常用的无机二元压电陶瓷(如高钛酸铅，其压电系数d33可达2000pC/N以上)相比，还存在较大差距。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有分子基压电材料在压电性能中的不足，提供一种分子基压电材料及其制备和应用方法，利用组分调节使材料处于准同型相界附近，可以最大实现压电系数d₃₃超过1200pC/N的压电性能。制备方法操作简单，应用面广。

技术方案：本发明的一种分子基压电材料具有通式为：

[(A1)_x(A2)_1-x][(B1)_y(B2)_1-y][(C1)_z(C2)_1-z]₃

其中：A1、A2为含氮或含膦的小分子有机阳离子，B1、B2为金属阳离子，C1，C2为阴离子，0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1。

其中：