[发明专利]苯基及取代苯基酰亚胺系有机电子晶体及其制备方法

说明书

本发明涉及电子功能材料中的有机电子晶体材料。

长期以来，对电子功能材料的研究一直以无机晶体材料为主，50年代以来，国外开始研究有机晶体材料，80年代，我国天津师范大学、北京大学王瑾玲、唐有祺等人研究了对甲苯基和对溴苯基硫脲晶体的晶体结构(《有机化学》No11.P388～392.1991.)；四川大学毛治华、单书香等人研究了对氯苯基和2.4.6—三溴苯基硫脲的晶体结构和分子结构(《结构化学》Vol.12.No.3 P197～201，1993)，对这种取代基硫脲系晶体的研究主要集中在医学与生物活性等非电学特性方面，这类晶体具有抗病与杀伤细菌等医学与生物学的实用意义。但至今没有有机电子晶体及这类晶体的电学性能的研究。

本发明的目的在于开发新型有机电子晶体体系，使之具有电子学和光学性能，在电子科学领域有广泛的实用性。

本发明是在充分研究了邻苯二甲酸酐酰亚胺衍生物特性的基础上，采用邻苯二甲酸酐与苯胺或取代苯胺合成苯基或取代苯基邻苯二甲酰亚胺化合物，其化学反应式为：

当反应式中R＝H时：式中为苯胺；

                   则生成苯基邻苯二甲酰亚胺化合物；

当反应式中R为烃基、卤族元素时为取代苯胺，如对甲苯胺、对氯苯胺、三溴苯胺等等，则生成对应的取代苯基邻苯二甲酰亚胺化合物。

将上述中一种化合物经过晶体生长、极化处理等工艺，就可制成高度有序、定向、纯化的相对应的系列有机电子晶体；该系列有机电子晶体具有优良的介电、压电、铁电、驻极体、敏感和换能等电子学和光学性能，在电子科学领域有广阔的应用前景。

本发明所述的系列有机电子晶体的具体制备方法为：

1、苯基与取代苯基邻苯二甲酰亚胺类化合物的合成：在反应瓶中加入邻苯二甲酸酐，再加入适量的丙酸溶剂使之呈稀释状态，然后加热并搅拌，待酸酐溶解后加入等摩尔量的苯胺或取代苯胺，继续加热，维持反应瓶内温度在120～200℃，反应5～20小时后停止，冷至室温，再将反应产物转入冷水中，此时有大量结晶析出，并对结晶物进行抽滤、洗涤、干燥等纯化处理，再用丙酮进行重结晶，制得苯基或取代苯基邻苯二甲酰亚胺化合物；

2、晶体生长：采用双浴法，利用双层浴缸，双层浴液均采用蒸馏水，在内缸里放置有晶体生长杯，将已制得的化合物用挥发性溶剂如丙酮、乙酸乙酯、乙醇、氯仿、苯等配制成溶液放入晶体生长杯中，控制浴液温度在10～30℃生长4～48小时，生长出无色单晶体；

3、晶体的极化处理：采用高温热极化或高电场电晕极化方法，若进行高温热极化时采用单面或双面蒸镀金属(Au、Al、Cu、Ni等)或贴箔电极，放入恒定介质如硅油中，从10～200℃逐渐升温至恒温，从10～600KV/cm逐渐加压至恒压，再逐渐降温、减压，总间是为0.5～10小时；若进行高电场电晕极化则采用针与平板电极，从10～200℃逐渐升温至恒温，从0.5～10KV逐渐加电晕电场至恒定，然后再逐渐降温、减压，总时间为0.5～10小时。

利用本发明给出的方法制得的苯基邻苯二甲酰亚胺、烃基和卤族元素等的取代苯基邻苯二甲酰亚胺系有机电子晶体的主要电子学性能为：

状态：无色晶体

熔点：205～220℃

晶系：正交

介电系数ε_r：20～55

压电系数d₃₃：20～250PC/N

折射率：1.50～1.75

其介电系数ε_r的频率温度特性如图1，压电系数d₃₃的极化场特性如图2。

本发明给出的苯基及取代苯基酰亚胺系有机电子晶体是完全不同于以往的有机晶体的一类新型有机电子晶体，该系列晶体具有优良的电子学性能，利用它可以制成晶体振子、压电、铁电、驻极体、换能器、传感器、分子电子学器件等，在电子学领域有广阔的应用前景。

附图及附图说明

图1：本发明的系列有机电子晶体的介电系数ε_r的频率温度特性曲线

其中：“○”曲线的温度T＝20℃

      “×”曲线的温度T＝100℃

      “·”曲线的温度T＝150℃

图2：本发明的系列有机电子晶体的压电系数d₃₃的极化场强特性曲线

其中：极化条件：温度T＝100℃

                时间t＝10小时

图3：N-苯基邻苯二甲酰亚胺分子结构图