專利名稱：水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電功能材料，具體涉及水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料及制備方法。
背景技術(shù)：
鐵電功能材料具有介電性、壓電性、熱釋電性、鐵電性以及電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、光折變效應(yīng)和非線性光學(xué)效應(yīng)等重要特性，可用于制作鐵電存儲(chǔ)器、熱釋電紅外探測(cè)器、空間光調(diào)制器、光波導(dǎo)介質(zhì)移相器、壓控濾波器等重要的新型元器件。這些元器件在航空航天、通信、家電、國(guó)防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。從晶體學(xué)角度，只有I (C1)，m(Cs)，2 (C2)， 2m (C2v)，3 (C3)，3m (C3v)，4 (C4)，4m (C4v)，6 (C6)，6m (C6v)的 10 種極性點(diǎn)群符合鐵電功能材料的要求。最早的鐵電效應(yīng)是在1920年由法國(guó)人Valasek在羅謝爾鹽中發(fā)現(xiàn)的，這一發(fā)現(xiàn)揭開了研究鐵電材料的序幕。在1935年Busch發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀KH2PO4 -簡(jiǎn)稱KDP，其相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)30，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)時(shí)的其它材料。20世紀(jì)80年代中期，薄膜制備技術(shù)的突破為制備高質(zhì)量的鐵電薄膜掃清了障礙，并且近年來隨著對(duì)器件微型化、功能集成化、可靠性等要求的不斷提高，傳統(tǒng)的鐵電塊體由于尺寸限制已經(jīng)不能滿足微電子器件的要求。從目前的研究現(xiàn)狀來看，對(duì)于具有高性能的鐵電材料的研究和開發(fā)應(yīng)用仍然處于發(fā)展階段。金屬有機(jī)配位化學(xué)的發(fā)展為新型功能材料的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了嶄新的思路，并大大推動(dòng)了材料科學(xué)的發(fā)展，其主要策略在于通過選擇合適的金屬離子與有機(jī)配體，借助金屬離子與有機(jī)配體之間的配位鍵合作用，來實(shí)現(xiàn)新穎功能材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鐵電特性優(yōu)異，飽和極化強(qiáng)度Ps值為 O. 4117 μ C · cnf2的水合1，2_ 二(4-卩比唳基)乙烯硫酸猛鐵電功能材料。本發(fā)明還提供了該鐵電功能材料的制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為水合1，2_ 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料，其分子式為[Mn(bpe) (H2O)2(SO4)] · H2O,其中bpe為分子式為 Cl2H10N2的1，2- 二(4-吡啶基)乙烯，該鐵電功能材料為純度不低于99%的黃色粉體，空間群結(jié)構(gòu)為C2,其鐵電特征參數(shù)分別為剩余極化強(qiáng)度2Pr=0. 5779 μ C · cm2,矯頑電場(chǎng) 2Ec=18kv · cnT1，飽和極化強(qiáng)度Ps=O. 4117 μ C · cnT2，其粉體的晶胞參數(shù)為a = 26.123(5) A, b = 9.570(2) A， C = 7.749(2) A, β =99. 14 (3)。。
該水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料的制備方法，步驟如下
a、將硫酸錳溶于體積百分濃度為50%的甲醇溶液中，攪拌至完全溶解，制成濃度為O. 05 O. 125mol/L的硫酸錳溶液待用；
b、按I, 2-二(4-吡啶基)乙烯與硫酸錳的摩爾比為1:1的比例，將I, 2-二(4_吡啶基)乙烯加入到上述硫酸錳溶液中，攪拌下制成白色濁液，再攪拌下滴加濃度為IM的H2SO4溶液至白色濁液變?yōu)辄S色濁液，靜置至沉淀完畢，得水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳沉淀；滴加H2SO4溶液，使pH呈酸性，利于得到黃色的水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳沉淀；
C、按硫酸錳與甲醇溶液的摩爾體積比lmmol 8mL的比例，將水合1，2_ 二(4_吡啶基)乙烯硫酸錳沉淀加入到溫度為60 90° C，體積百分濃度為50%的甲醇溶液中，冷卻至室溫，靜置溶液至黃色晶體析出完畢，得到水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳晶體， 置于瑪瑙研缽中研磨成通過100目篩的粉體，得到純度不低于99%的水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料。60 90° C的甲醇溶液，使水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳沉淀溶解后，50%的甲醇溶液下，其成核與生長(zhǎng)結(jié)晶好，結(jié)晶純度高。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料及制備方法，其分子式為[Mn (bpe) (H2O)2(SO4)] · H2O,其中bpe為子式為C12H10N2的 1，2- 二(4-吡啶基)乙烯，該鐵電功能材料為純度不低于99%的黃色粉體，空間群結(jié)構(gòu)為 C2，其鐵電特征參數(shù)分別為剩余極化強(qiáng)度2Pr=0. 5779 μ C · cm_2，矯頑電場(chǎng)2Ec=18kv · cnT1， 飽和極化強(qiáng)度Ps=O. 4117 μ C · cm-2,其飽和極化強(qiáng)度是羅息鹽的I. 67倍，是鐵電特性能優(yōu)異的鐵電體；本發(fā)明的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單易行、對(duì)設(shè)備要求低、原料成本低、成核與生長(zhǎng)結(jié)晶好，廣率聞、無污染等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料的分子結(jié)構(gòu)圖2為水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料的PXRD圖譜與單晶模擬PXRD圖譜的對(duì)比圖3為水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料的電滯回線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例I
將5mmol的MnSO4溶于由20mLCH30H和20mL水配制的甲醇溶液中，攪拌至完全溶解，制成濃度為O. 125mol/L的硫酸錳溶液，在硫酸錳溶液中加入5mmol的1，2- 二(4-吡啶基)乙烯，攪拌下制成白色濁液，再攪拌下滴加濃度為IM的H2SO4溶液至白色濁液變?yōu)辄S色濁液，靜置至沉淀完畢，得水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳沉淀，過濾后在水合1，2-二 (4-吡啶基)乙烯硫酸錳沉淀中加入由20mLCH30H和20mL水配制的溫度為60 90° C的甲醇溶液中，冷卻至室溫，靜置溶液至黃色晶體析出完畢，得到水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳晶體，置于瑪瑙研缽中研磨成通過100目篩的粉體，得到水合1，2-二(4-吡啶基) 乙烯硫酸錳鐵電功能材料。該鐵電功能材料的分子結(jié)構(gòu)如圖I所示。該鐵電功能材料的 PXRD圖譜如圖2所示，可以看出該鐵電功能材料純相高，純度不低于99%。該鐵電功能材料的電滯回線圖如圖3所示，可以看出飽和極化強(qiáng)度Ps=O. 4117μ C · cm_2，是羅息鹽的1.67 倍，說明具有鐵電功能特性優(yōu)異。
實(shí)施例2
與實(shí)施例I基本相同，所不同的只是5mmol的MnSO4溶于由50mLCH30H和50mL水配制的甲醇溶液中。
采用Rigaku R-Axis Rapid單晶衍射儀對(duì)上述實(shí)施例得到晶體進(jìn)行單晶X-射線衍射，得到如圖I所示的水合1，2- 二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳的結(jié)構(gòu)圖。
PXRD圖采用fcuker D8 Focus粉末衍射儀在5-50°的2 Θ角度范圍內(nèi)以6° / min的掃描速度，在室溫下收集該鐵電功能材料樣品的粉末衍射圖譜。
電滯回線圖采用美國(guó)立頓公司鐵電材料測(cè)試系統(tǒng)Premier II測(cè)試。即樣品粉末壓片，雙面涂銀膠，自然晾干，然后測(cè)量電滯回線并得到鐵電性能參數(shù)。
權(quán)利要求
1.水合1，2_二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料，其特征在于分子式為[Mn(bpe) (H2O)2(SO4)] · H2O,其中bpe為分子式為C12HltlN2的1，2-二 (4-吡啶基)乙烯，該鐵電功能材料為純度不低于99%的黃色粉體，空間群結(jié)構(gòu)為C2,其鐵電特征參數(shù)分別為剩余極化強(qiáng)度 2Pr=0. 5779 μ C · cnT2,矯頑電場(chǎng) 2Ec=18kv · cnT1,飽和極化強(qiáng)度 Ps=O. 4117 μ C · an2,其粉體的晶胞參數(shù)為α = 26.123(5) A，5 = 9.570(2) A,c = 7.749(2) Α, β =99. 14(3)°。
2.權(quán)利要求I所述的水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料的制備方法， 其特征在于步驟如下a、將硫酸錳溶于體積百分濃度為50%的甲醇溶液中，攪拌至完全溶解，制成濃度為O.05 O. 125mol/L的硫酸錳溶液待用；b、按1，2-二(4-吡啶基)乙烯與硫酸錳的摩爾比為1:1的比例，將1，2- 二(4-吡啶基)乙烯加入到上述硫酸錳溶液中，攪拌下制成白色濁液，再攪拌下滴加濃度為Ii^AH2SO4 溶液至白色濁液變?yōu)辄S色濁液，靜置至沉淀完畢，得水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳沉淀；C、按硫酸錳與甲醇溶液的摩爾體積比Immol 8mL的比例，將水合1，2-二(4-吡啶基) 乙烯硫酸錳沉淀加入到溫度為60 90° C，體積百分濃度為50%的甲醇溶液中，冷卻至室溫，靜置溶液至黃色晶體析出完畢，得到水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳晶體，置于瑪瑙研缽中研磨成通過100目篩的粉體，得到純度不低于99%的水合1，2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸猛鐵電功能材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸錳鐵電功能材料及制備方法，其分子式為[Mn(bpe)(H2O)2(SO4)]·H2O，其中bpe為分子式為C12H10N2的1,2-二(4-吡啶基)乙烯，該鐵電功能材料為純度不低于99%的黃色粉體，空間群結(jié)構(gòu)為C2，其鐵電特征參數(shù)分別為剩余極化強(qiáng)度2Pr=0.5779μC·cm-2，矯頑電場(chǎng)2Ec=18kv·cm-1，飽和極化強(qiáng)度Ps=0.4117μC·cm-2，其飽和極化強(qiáng)度是羅息鹽的1.67倍，是鐵電特性能優(yōu)異的鐵電體；本發(fā)明的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單易行、對(duì)設(shè)備要求低、原料成本低、成核與生長(zhǎng)結(jié)晶好，產(chǎn)率高、無污染等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C07F13/00GK102977148SQ20121047868
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者林建利, 虞曉科, 許偉, 戚金麗, 朱紅林, 鄭岳青 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)