[发明专利]一种无金属分子反铁电固溶体、制备方法及用途

说明书

本发明涉及一种无金属分子反铁电固溶体、制备方法及用途。该固溶体通式为(C₇H₁₆N)Br_xI_1‑x和(C₇H₁₆N)Br_xCl_1‑x(0≤x1)，室温下为反铁电相，属于正交晶系。固溶体在居里温度以下均表现出优异的反铁电性能，其中环己甲胺氯盐的饱和极化强度可达到11.4μC/cm²。此外，固溶体还具有近零的剩余极化强度，大的矫顽场和高的耐击穿电压，可作为能量存储电介质的候选材料。

技术领域

本发明属于功能材料领域，主要涉及到一种无金属分子反铁电固溶体、制备方法及用途。

背景技术

近年来，受煤炭、石油、天然气等常规石化能源过度使用的影响，全球空气污染、能源短缺以及气候变暖等问题日益凸显。出于环境治理和生态保护的需要，太阳能、风能、地热能等清洁新能源开始被大力开发、利用，以取代部分常规能源的消耗。然而新能源并不能直接蓄存，需要转化为电能后才可储存，这使得固态储能材料引起了越来越多的关注。作为一类重要的功能材料，反铁电(AFE)材料具有相邻亚晶格的反平行排列的结构特点，是目前高效固态储能应用的有力候选者。得益于独特的场诱导AFE到铁电相转变，反铁电材料相变时常伴随着体积和极化强度的突变，使其具有优异的能量存储性能，包括超高的能量密度、快速的充放电速率和出色的耐疲劳性。这些能量存储方面的优势远远超出线性电介质和铁电材料。

迄今为止，研究人员已发现和报道了多种反铁电体材料，但仍远远落后于铁电材料方面的研究，其中具有潜在应用价值的反铁电体材料则更为匮乏。传统的无机反铁电体材料具有较大的饱和极化强度、小的剩余极化和合适的相变电场而受到人们青睐。但是，无机反铁电体材料的应用往往受制于其制备过程需要高温烧结、制备成本较贵、容易产生相分离析出等问题，同时合成过程中往往涉及到铅等对环境有害的重金属元素，制约了其发展。与传统的无机材料相比，分子反铁电体具有合成条件温和、易于分子剪裁和结构设计、环境友好的特点，可以通过分子设计和晶体工程的方法，修饰分子的结构和组成，进而可以更有效地对其进行性能改进。另外，由于在生物兼容性、薄膜制备等方面的独特优势，分子反铁电体材料有望成为柔性电子器件的有力候选者。因此，分子反铁电体是一类颇具发展潜力的功能材料，有望为能量存储技术的创新和电有序材料发展提供新机遇。

固溶体方法主要致力于优化和修饰铁性材料的物理性质，在无机氧化物材料中最早被人们研究，且已被应用于器件研制中。与表现出良好固溶性的金属离子不同，具有不同大小，变形和取向的分子很难在均一相中结合，这极大地限制了分子铁性材料的发展。近年来，分子固溶的方法逐渐受到人们的重视并取得了一定突破，如研究人员成功制备了(TMFM)_x(TMCM)_1-xCdCl₃(TMFM：三甲基氟甲基铵；TMCM：三甲基氯甲基铵，0≤x≤1)固溶体，并在接近准同型相界处实现了巨大的压电性能。

综上所述，分子反铁电晶体材料在大位移传感器、爆电换能器、储能电容器、红外热释电传感器，数据通讯、数据存储、非线性开关等领域有着良好的应用前景，而且随着技术的逐步发展，此类材料的应用范围正在不断扩大。利用分子固溶体方法制备高性能的无金属分子反铁电体材料具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无金属分子反铁电固溶体、制备方法及用途。本发明的无金属分子反铁电固溶体具有较好的反铁电性能，具有较大的饱和极化强度以及适中的矫顽场，而且制备方法简单、成本低廉、反应条件温和、稳定性较高，能在能量存储器上得到应用。

本发明通过以下技术方案实现：

方案一)