CN101691386A - 一种铁电材料有机模板金属硼磷酸盐及其制备方法与用途 - Google Patents

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潘春阳
胡升
李大光
欧阳萍
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Abstract

本发明公开了一种铁电材料有机模板金属硼磷酸盐及其制备方法与用途，该硼磷酸盐分子式为C4H13N2B2P3CoO13，空间群为Ima2(No.46)，单胞参数为
Figure 200910193133.4_AB_0
α＝β＝γ＝90.00°，Z＝4，单胞体积

Description

一种铁电材料有机模板金属硼磷酸盐及其制备方法与用途
技术领域
本发明涉及一种铁电材料有机模板金属硼磷酸盐(分子式：C4H13N2B2P3CoO13)及其制备方法与用途。
背景技术
铁电材料是一种同时具有铁电、压电、热释电、电光、非线性光学等性能的多功能材料。所谓铁电材料，是指晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向的材料。材料的这种特性被称为“铁电现象”或“铁电效应”。近些年来，铁电材料发展极为迅速，已广泛应用于电子技术、激光技术、红外探测技术、超声(和微波声学)技术、固态记忆和显示技术以及其他工程技术方面，而研制和生产性能优良的铁电材料，又是发展各种铁电、压电、热电和电光等功能器件的基础。因此，目前国际上对铁电材料的研制和探索十分活跃。
目前人们对铁电材料的研究和应用主要集中在无机材料上。无机铁电材料由于具有高强度、高硬度、耐高温、性能长期稳定、使用寿命长等优点而被广泛应用，但是由于无机铁电薄膜的制作需要高真空较高温度的条件，使制作成本较为昂贵，不易制作大面积薄膜且需要采用硬质材料作基片，较大地限制了其应用。近年来，有机铁电体薄膜也倍受青睐，主要是由于与无机铁电材料相比，其具有易制成大面积薄膜、制作成本低、低温制作条件、相对大的分子超极化率、大的电致伸缩应变能力、与空气的抗声阻匹配性有独特的优越性等优点，同时由于其低温制作条件而可以用柔软的塑料作基片。但是由于有机铁电材料的铁电耦合系数较低，相对介电常数较小，性能、功能的长期稳定性相对差一些，从而使其应用受到较大限制。因此，研究新型铁电材料以克服无机或有机铁电材料的固有缺陷已成为当前铁电材料的研究重点。
近几年来，具有铁电效应的有机模板金属硼磷酸盐引起了人们的极大研究兴趣，这是由于这类杂化材料经过精心设计和调控，可以达到扬无机材料和有机材料各自优点之长和避其缺点之短的“杂交优势”的效果，而且无机硼氧金属骨架和有机模板组份之间的相互作用，可以使此类材料呈现出新颖的性质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁电材料有机模板金属硼磷酸盐(分子式：C4H13N2B2P3CoO13)及其制备方法与用途，该材料的制备方法如下：
所述硼磷酸盐在水热条件下合成的方法制得；反应物乙酸钴(Co(CH3COO)2)、硼酸(H3BO3)、哌嗪(C4H10N2)、磷酸(H3PO4)作为原料，采用水作为溶剂，上述Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O的摩尔比为0.5～5∶1～3∶0.5～3∶1.5～6∶16～50，水热反应升温至140到220℃，室温下自然冷却，生长了有机金属硼磷酸盐的单晶，得到C4H13N2B2P3CoO13化合物。
上述乙酸钴被同物质量的六水合硝酸钴、硝酸钴、硫酸钴或氯化钴取代，得到相同的C4H13N2B2P3CoO13化合物。
测得该硼磷酸盐的晶体结构，结构参数如下：
分子式为C4H13N2B2P3CoO13，空间群为Ima2(No.46)，单胞参数为
Figure G2009101931334D0000021
Figure G2009101931334D0000022
α＝β＝γ＝90.00°，Z＝4，单胞体积
Figure G2009101931334D0000023
所述的有机模板金属硼磷酸盐的用途：该材料应用于存储和恢复信息、传输光信息、图像显示和全息照像中的编页器、铁电光阀阵列作全息照像的存储。
本发明的有益效果是：
本发明提供的有机模板金属硼磷酸盐是在水热条件下化学合成方法生长出的晶体。本发明所采用的材料制备工艺简单、产率高及重复性好等优点。
该材料的优点是不易溶于一般的溶剂，热分解温度点高(空气氛中可以稳定到250℃)，晶体颗粒均匀。
具体实施方式
1、化合物的制备
1.称取乙酸钴(Co(CH3COO)2)0.088到0.880g，硼酸(H3BO3)0.062到0.186g，哌嗪(C4H10N2)0.048到0.258，量取0.18到0.72ml磷酸水溶液(H3PO4质量浓度85％)，水(H2O)3.0到9.0ml作为溶剂，上述Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O的摩尔比为0.5～5∶1～3∶0.5～3∶1.5～6∶16～50，搅拌20min，装入密闭的28mL的反应釜中，升温至140～220℃，恒温1到7天，取出后在室温条件下自然冷却，便可得到晶体。经X射线单晶衍射分析，确定该晶体为C4H13N2B2P3CoO13。乙酸钴被同物质量的六水合硝酸钴、硝酸钴、硫酸钴或氯化钴取代，得到相同的C4H13N2B2P3CoO13化合物。
具体反应物按摩尔比计提供实施实例如下：
(1)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝0.5∶1∶0.5∶1.5∶16，
(2)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝5∶3∶3∶6∶50，
(3)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝0.5∶3∶3∶6∶50，
(4)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝0.5∶1∶0.5∶1.5∶50，
(5)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝0.5∶3∶3∶6∶16，
(6)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝5∶1∶3∶6∶16，
(7)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝0.5∶1∶0.5∶6∶16，
(8)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝0.5∶3∶0.5∶6∶50，
(9)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝5∶3∶3∶6∶16，
(10)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝5∶3∶0.5∶1.5∶16，
(11)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝5∶3∶0.5∶1.5∶50，
(12)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝5∶1∶3∶6∶50，
(13)Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O＝5∶1∶0.5∶1.5∶50。
2、性能测试
我们对得到的有机模板金属硼磷酸盐进行研究发现：该化合物的极化强度P与外施电场强度E的关系曲线表明具有明显的铁电效应，Pr＝0.029μC/cm2，Ps＝0.055μC/cm2。

Claims (4)

1.一种铁电材料有机模板金属硼磷酸盐，其特征在于：该硼磷酸盐分子式为C4H13N2B2P3CoO13，空间群为Ima2(No.46)，单胞参数为
Figure F2009101931334C0000011
Figure F2009101931334C0000012
Figure F2009101931334C0000013
α＝β＝γ＝90.00°，Z＝4，单胞体积
Figure F2009101931334C0000014
Figure F2009101931334C0000015
2.一种权利要求1所述的有机模板金属硼磷酸盐的制备方法，其特征在于：所述硼磷酸盐在水热条件下合成的方法制得；反应物乙酸钴(Co(CH3COO)2)、硼酸(H3BO3)、哌嗪(C4H10N2)、磷酸(H3PO4)作为原料，采用水作为溶剂，上述Co∶H3BO3∶C4H10N2∶H3PO4∶H2O的摩尔比为0.5～5∶1～3∶0.5～3∶1.5～6∶16～50，水热反应升温至140到220℃，室温下自然冷却，得到C4H13N2B2P3CoO13化合物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：上述乙酸钴被同物质量的六水合硝酸钴、硝酸钴、硫酸钴或氯化钴取代，得到相同的C4H13N2B2P3CoO13化合物。
4.权利要求1所述的有机模板金属硼磷酸盐的用途：该材料应用于存储和恢复信息、传输光信息、图像显示和全息照像中的编页器、铁电光阀阵列作全息照像的存储。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103044492A (zh) * 2012-12-04 2013-04-17 广东工业大学 一种铁电材料有机金属配合物及其制备方法与应用
CN110182822A (zh) * 2019-04-22 2019-08-30 合肥学院 一种硼磷酸盐二阶非线性光学材料制备工艺

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