CN102134752A - 一种有机共晶铁电体的制备方法及该有机共晶铁电体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机共晶铁电体的制备方法及该有机共晶铁电体，利用酒石酸和三聚氰胺这两种有机化合物为原料，在50℃恒温条件下，将三聚氰胺固体加入到酒石酸溶液中，再搅拌20～60min的软合成方法合成有机共晶铁电体，过滤得到微晶物质和滤液，微晶物质为(C3H7N6)2(C4H4O6)·2.5H2O分子式的铁电体1，滤液恒温条件下再次结晶，得到分子式为(C3H8N6)(C4H4O6)·H2O的铁电体2，该方法流程少，工艺简单，对设备要求低，原料使用廉价的三聚氰胺与酒石酸，无污染，成本低，易于产业化，得到的铁电体1和铁电体2纯度都不低于99%；铁电体1的饱和极化强度Ps=0.2369μC·cm–2，铁电体2的饱和极化强度Ps=0.2522μC·cm–2，都与罗息盐的饱和极化强度接近，具有较好的铁电功能特性。

Description

一种有机共晶铁电体的制备方法及该有机共晶铁电体
技术领域
本发明涉及铁电功能材料，具体涉及一种有机共晶铁电体的制备方法及该有机共晶铁电体。
背景技术
铁电功能材料（铁电体）是指其晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向的一类功能材料。由于铁电体具有优良的铁电、介电、热释电以及压电等特性，被广泛应用于铁电存储器、红外探测器、声表面波和集成光电器件等现代电子技术和微机械技术等固态器件方面，铁电体及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。
早在 18到 19 世纪，科学家就对铁电体的铁电性进行了研究，其中以 1880 年 J. Curie 与 P. Curie 最具代表性。最早获得使用的铁电体是罗息盐(酒石酸钾钠)，1894年Pockels报道了罗息盐具有异常大的压电常数，1920年法国的Valasek观察到罗息盐晶体 (斜方晶系) 的铁电电滞回线；1935年、1942年又发现了磷酸二氢钾 (KH2PO4)及其类似晶体中的铁电性和钛酸钡 (BaTiO3) 陶瓷的铁电性。
目前，对于开展具有高性能的铁电体和开发应用的研究现状来看，该领域的研究仍处于发展阶段，研究表明，具铁电特性的铁电体其晶体结构点群属十个极性点群 (C 1, C s, C 2, C 2v, C 3, C 3v, C 4, C 4v, C 6, C 6v) 之一。目前人们用部分无机化合物与金属有机配位化合物合成铁电体的技术较成熟；但利用两种有机化合物分子间进行聚合反应合成有机共晶铁电体则为新的研究思路，其主要难点在于寻求合适特征结构的有机配体，使有机配体之间具有配位键合作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、无污染，成本低的有机共晶铁电体的制备方法，通过该方法得到两种新的有机共晶铁电体，该两种新的有机共晶铁电体的饱和极化强度接近于罗息盐，铁电特性较好。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种有机共晶铁电体的制备方法，包括下述步骤：
a、将酒石酸(C4H6O6)溶于去离子水或按体积比1：1由去离子水与无水乙醇配成的混合液中，并搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.01～0.8 mol/L的酒石酸溶液待用；
b、在50℃恒温条件下，按照三聚氰胺(C3H6N6)与酒石酸摩尔比1：1～3 的比例，将固体三聚氰胺缓慢加入到步骤a的酒石酸溶液中，再搅拌20～60 min，将所得浊液直接过滤，过滤得到微晶物质和滤液，晾干微晶物质，将其置于玛瑙研钵中研磨，通过100目筛得到纯度不低于99%的有机共晶铁电体1；
c、将步骤b的滤液置于30～50°C的恒温箱中，静置5～7天，得到无色的块状晶体，
晾干，将其置于玛瑙研钵中研磨，通过100目筛得到纯度不低于99%的有机共晶铁电体2。
所述酒石酸为L-(+)-酒石酸、D-(-)-酒石酸或DL-酒石酸。
在步骤a中，酒石酸溶液的摩尔浓度为0.2 mol/L。
在步骤b中，三聚氰胺与酒石酸摩尔比为1：2。
有机共晶铁电体1的分子式为(C3H7N6)2(C4H4O6)·2.5H2O，属于单斜晶系，具有C 2点群下的 C2晶体结构，其剩余极化强度2Pr = 0.00494 μC·cm–2，其矫顽电场2Ec = 103.1900 kv·cm–1，其饱和极化强度Ps = 0.2369 μC·cm–2；该粉体的晶胞参数为：a = 7.522(1) (A)°，b = 22.186(3) (A)°，c = 10.987(2) (A)°， b= 98.36 (1)°；该粉体的X-射线衍射晶相如图 1所示。
有机共晶铁电体2的分子式为(C3H8N6)(C4H4O6)·H2O， 属于单斜晶系，具有C 2点群下的P21空间群结构，其剩余极化强度2Pr = 0.1594 μC·cm–2，其矫顽电场2Ec = 51.8367 kv·cm–1，其饱和极化强度Ps = 0.2522 μC·cm–2；该粉体的晶胞参数为：a = 4.999(1) (A)°，b = 21.837(4) (A)°，c = 5.607(1) (A)°， b= 103.01(2)°；该粉体的X-射线衍射晶相如图 3 所示。
与现有技术相比，本发明的优点在于利用酒石酸和三聚氰胺这两种有机化合物为原料，采用50℃恒温条件下，将三聚氰胺固体缓慢加入到所配制的酒石酸溶液中，搅拌20～60 min的软合成方法合成有机共晶铁电体，过滤得到微晶物质和滤液，微晶物质为(C3H7N6)2(C4H4O6)·2.5H2O分子式的铁电体1，滤液恒温条件下再次结晶，得到分子式为(C3H8N6)(C4H4O6)·H2O的铁电体2，该方法流程少，工艺简单，对设备要求低，原料使用廉价的三聚氰胺与酒石酸，无污染，成本低，易于产业化，得到的有机共晶铁电体1和有机共晶铁电体2纯度都不低于99%；有机共晶铁电体1的饱和极化强度Ps = 0.2369 μC·cm–2 ，有机共晶铁电体2的饱和极化强度Ps = 0.2522 μC·cm–2 ，都与罗息盐的饱和极化强度接近，具有较好的铁电功能特性。
附图说明
图1为有机共晶铁电体1的粉末X-射线衍射图；
图2为有机共晶铁电体1的电滞回线图；
图3为有机共晶铁电体2的粉末X-射线衍射图；
图4为有机共晶铁电体2的电滞回线图。
具体实施方式
以下结合附图、实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
称取0.02 mol的 L–(+)–酒石酸溶于在100mL去离子水中，搅拌至完全溶解，配制成摩尔浓度为0.2 mol/L 的酒石酸溶液待用；再称取0.01 mol的三聚氰胺(C3H6N6)，在50℃恒温条件下，缓慢地（1-5分钟加入完毕）将三聚氰胺加入至配制好的酒石酸溶液中，再搅拌30 min，搅拌过程中逐渐析出微晶，直接过滤得到微晶物质和滤液，首先将微晶物质晾干，置于玛瑙研钵中研磨，通过100目筛得到具有铁电性质的(C3H7N6)2(C4H4O6)·2.5H2O（酒石酸–三聚氰胺）有机共晶铁电体1。再将滤液置于40°C的恒温箱中，静置6天，得到无色块状晶体物质，晾干，将其置于玛瑙研钵中研磨，通过100目筛得到具有铁电性质的另一种 (C3H8N6)(C4H4O6)·H2O（酒石酸–三聚氰胺）有机共晶铁电体2；纯度测定后共晶铁电体1和共晶铁电体2的纯度都不低于99%，用常规方法分别进行粉末X-射线衍射和电滞回线测定，分别得到如图1和图3的粉末X-射线衍射图，从图1和图3可以看出共晶铁电体1和共晶铁电体2都为单斜晶系；再用常规方法分别进行电滞回线测定得到强图2和图4的电滞回线图；从图2可以看出共晶铁电体1的剩余极化强度2Pr = 0.00494 μC·cm–2，矫顽电场2Ec = 103.1900 kv·cm–1，饱和极化强度Ps = 0.2369 μC·cm–2；从图4可以看出共晶铁电体2的剩余极化强度2Pr = 0.1594 μC·cm–2，矫顽电场2Ec = 51.8367 kv·cm–1，饱和极化强度Ps = 0.2522 μC·cm–2。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的只是L–(+)–酒石酸由D-(-)-酒石酸替代，D-(-)-酒石酸的称取量为0.002 mol，三聚氰胺的称取量也为0.002 mol，三聚氰胺加入后，搅拌用时为20 min，滤液置于50°C恒温箱中静置5天。
实施例3
与实施例1基本相同，所不同的只是L–(+)–酒石酸由DL-酒石酸替代，DL-酒石酸的称取量为0.08 mol，三聚氰胺的称取量为0.03 mol，三聚氰胺加入后，搅拌用时为60 min，滤液置于30°C恒温箱中静置7天。
实施例4
与实施例1基本相同，所不同的只是去离子水由去离子水与无水乙醇按体积比1：1配成的混合溶液替代。

Claims (6)

1.一种有机共晶铁电体的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
a、将酒石酸溶于去离子水或按体积比1：1由去离子水与无水乙醇配成的混合液中，并搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.01～0.8 mol/L的酒石酸溶液待用； 
b、在50℃恒温条件下，按照三聚氰胺与酒石酸摩尔比1：1～3 的比例，将固体三聚氰胺缓慢加入到步骤a的酒石酸溶液中，再搅拌20～60 min，将所得浊液直接过滤，过滤得到微晶物质和滤液，晾干微晶物质，将其置于玛瑙研钵中研磨，通过100目筛得到纯度不低于99%的有机共晶铁电体1； 
c、将步骤b的滤液置于30～50°C的恒温箱中，静置5～7天，得到无色的块状晶体，
晾干，将其置于玛瑙研钵中研磨，通过100目筛得到纯度不低于99%的有机共晶铁电体2。
2.如权利要求1所述的一种有机共晶铁电体的制备方法，其特征在于所述酒石酸为L-(+)-酒石酸、D-(-)-酒石酸或DL-酒石酸。
3.如权利要求1所述的一种有机共晶铁电体的制备方法，其特征在于在步骤a中，酒石酸溶液的摩尔浓度为0.2 mol/L。
4.如权利要求1所述的一种有机共晶铁电体的制备方法，其特征在于在步骤b中，三聚氰胺与酒石酸摩尔比为1：2。
5.利用权利要求1所述的一种有机共晶铁电体的制备方法制得的有机共晶铁电体1，其特征在于该有机共晶铁电体1的分子式为(C3H7N6)2(C4H4O6)·2.5H2O，属于单斜晶系，具有C 2点群下的C2晶体结构，其剩余极化强度2Pr = 0.00494 μC·cm–2，其矫顽电场2Ec = 103.1900 kv·cm–1，其饱和极化强度Ps = 0.2369 μC·cm–2。
6.利用权利要求1所述的一种有机共晶铁电体的制备方法制得的有机共晶铁电体2，其特征在于该有机共晶铁电体2的分子式为(C3H8N6)(C4H4O6)·H2O， 属于单斜晶系，具有C 2点群晶体下的P21空间群结构，其剩余极化强度2Pr = 0.1594 μC·cm–2，其矫顽电场2Ec = 51.8367 kv·cm–1，其饱和极化强度Ps = 0.2522 μC·cm–2。
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