CN102924487B - 一种铜配合物铁电功能材料及其制备方法 - Google Patents

一种铜配合物铁电功能材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜配合物铁电功能材料及其制备方法，铜配合物的分子式为[Cu(phen)(H2O)2L]L，其中L为间硝基苯甲酸，phen为邻菲啰啉，该铁电功能材料为深蓝色单斜晶系粉晶，纯度不低于99%，属P21空间群晶体结构，其晶胞参数为： β=97.75(3)°，其铁电特征参数分别为：Ps=0.218μC/cm2，2Pr=0.189μC/cm2，2Ec=5.06kV/cm，其饱和极化强度Ps值为0.218μC·cm-2的铁电功能材料；该铜配合物制备方法具有流程少，工艺简单，对设备要求低，原料使用廉价的铜盐、邻菲啰啉与间硝基苯甲酸，无污染，成本低，易于产业化等优点。

Description

一种铜配合物铁电功能材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铁电功能材料，具体涉及一种铜配合物铁电功能材料及其制备方法。
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。其具有优良的铁电、介电、热释电以及压电等特性，从而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，铁电材料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世紀，科学家就对材料的铁电性能进行研究，最早获得使用的铁电材料是罗息盐(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，及钛酸钡(BaTiO3)陶瓷的铁电性。从目前的研究现状来看,对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段。金属有机配位化学的发展为新型铁电功能材料的设计合成和制备及其开发提供了崭新的思路，并大大推动了材料科学的发展。其主要策略在于通过选择合适的金属离子与有机配体，借助金属离子与有机配体之间的配位键合作用，来实现新颖功能材料的设计和构筑。由于铁电功能材料的微观晶体结构的空间群为10个极性点群之一，因此对铁电材料的合成极具挑战性，如何选择合适的金属离子与有机配体来实现新颖功能材料的设计和构筑显得尤为关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铁电特性较好，饱和极化强度Ps值为0.218μC·cm-2的铜配合物铁电功能材料。本发明还提供了该铁电功能材料的制备方法，该制备方法具有流程少，工艺简单，无污染，成本低，易于产业化等优点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铜配合物铁电功能材料，其分子式为[Cu(phen)(H2O)2L]L，其中L为间硝基苯甲酸，phen为邻菲啰啉，该铁电功能材料为深蓝色单斜晶系粉晶，纯度不低于99%，属P21空间群晶体结构，其晶胞参数为：  β=97.75(3)°，其铁电特征参数分别为：Ps=0.218μC/cm2，2Pr=0.189μC/cm2，2Ec=5.06kV/cm。
上述铜配合物铁电功能材料的制备方法，其步骤如下：
a、将间硝基苯甲酸溶于去离子水和乙醇组成的混合溶剂中，搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的间硝基苯甲酸溶液待用，所述混合溶剂中去离子水与乙醇的体积比为1∶1；
b、用去离子水将铜盐溶解，配成铜盐溶液，再滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，至墨绿色沉淀完全析出，墨绿色沉淀加蒸馏水离心分离洗涤，离心分离洗涤共5次，按铜离子与间硝基苯甲酸摩尔比1：2的比例，将洗涤后的墨绿色沉淀立即加入至上述间硝基苯甲酸溶液中，搅拌5～40min，得到浅蓝色的间硝基苯甲酸铜悬浊液；
c、按铜离子与邻菲啰啉摩尔比1：1的比例，在上述间硝基苯甲酸铜悬浊液中加入邻菲啰啉，搅拌下浅蓝色悬浊液变为深蓝色悬浊液，继续搅拌20～40min，过滤，沉淀凉干得到深蓝色粉晶，该深蓝色粉晶为[Cu(phen)(H2O)2L]L的铜配合物铁电功能材料。粉晶经X-射线衍射，得到如图2所示的PXRD图谱的粉晶晶相。
所述铜盐为氯化铜或醋酸铜或硫酸铜或硝酸铜或高氯酸铜或碱式碳酸铜(Cu(OH)2·CuCO3)。
与现有技术相比，本发明优点在于是一种具有较强的铁电功能特征的新的铜配合物铁电功能材料，其分子式为[Cu(phen)(H2O)2L]L，其中L为间硝基苯甲酸，phen为邻菲啰啉，该铁电功能材料为深蓝色单斜晶系粉晶，纯度不低于99%，属P21空间群晶体结构，其晶胞参数为：  β=97.75(3)°，其铁电特征参数分别为：Ps=0.218μC/cm2，2Pr=0.189μC/cm2，2Ec=5.06kV/cm。该铁电功能材料是用铜盐与氢氧化钠溶液制成新的墨绿色Cu(OH)2·xH2O沉淀，立即与间硝基苯甲酸溶液反应成间硝基苯甲酸铜悬浊液，再加邻菲啰啉制得深蓝色铜配合物粉晶；该制备方法具有流程少，工艺简单，对设备要求低，原料使用廉价的铜盐、邻菲啰啉与间硝基苯甲酸，无污染，成本低，易于产业化等优点。
附图说明
图1为本发明的铜配合物的分子结构图；
图2为本发明的铜配合物的PXRD与单晶模拟PXRD对比图；
图3为本发明的铜配合物的电滞回线图。
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
将0.1mol的间硝基苯甲酸溶于由0.5L去离子水和0.5L乙醇组成的混合溶剂中，搅拌至完全溶解，得到间硝基苯甲酸溶液待用；将铜离子为0.05mol的CuCl2·2H2O溶于 去离子水中，配成CuCl2溶液，再滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，至墨绿色（Cu(OH)2·xH2O）沉淀完全析出完毕，墨绿色沉淀用蒸馏水离心分离洗涤，共离心分离洗涤5次，将洗涤后的墨绿色沉淀立即加入至上述间硝基苯甲酸溶液中，搅拌5～40min，得到浅蓝色的间硝基苯甲酸铜悬浊液；再加入0.05mol的邻菲啰啉，搅拌下浅蓝色悬浊液变为深蓝色悬浊液，继续搅拌20～40min，过滤，沉淀凉干得到深蓝色粉晶，该深蓝色粉晶为纯度不低于99%，分子式为[Cu(phen)(H2O)2L]L的铜配合物铁电功能材料，其中L为间硝基苯甲酸，phen为邻菲啰啉。其微观晶体结构为P21空间群，粉晶经X-射线衍射，得到如图2所示的PXRD图谱的粉晶晶相；该粉晶电滞回线如图3所示，从图3中可以看出其铁电性能特征参数分别为：Ps=0.218μC/cm2，2Pr=0.189μC/cm2，2Ec=5.06kV/cm。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的只是间硝基苯甲酸的摩尔量为0.05mol，CuCl2·2H2O由铜离子为0.025mol的Cu(OAC)2·H2O替代，邻菲啰啉的摩尔量为0.025mol。
实施例3
与实施例1基本相同，所不同的只是间硝基苯甲酸的摩尔量为0.08mol，CuCl2·2H2O由铜离子为0.04mol的CuSO4·5H2O替代，邻菲啰啉的摩尔量为0.04mol。
实施例4
与实施例1基本相同，所不同的只是间硝基苯甲酸的摩尔量为0.06mol，CuCl2·2H2O由铜离子为0.03mol的Cu(NO3)2·6H2O替代，邻菲啰啉的摩尔量为0.03mol。
实施例5
与实施例1基本相同，所不同的只是间硝基苯甲酸的摩尔量为0.09mol，CuCl2·2H2O由铜离子为0.045mol的Cu(ClO4)2替代，邻菲啰啉的摩尔量为0.045mol。
实施例6
与实施例1基本相同，所不同的只是间硝基苯甲酸的摩尔量为0.07mol，CuCl2·2H2O由铜离子为0.035mol的Cu(OH)2·CuCO3替代，邻菲啰啉的摩尔量为0.035mol。

Claims (2)

1.一种铜配合物铁电功能材料，其特征在于分子式为[Cu(phen)(H2O)2L]L，其中L为间硝基苯甲酸，phen为邻菲啰啉，该铁电功能材料为深蓝色单斜晶系粉晶，纯度不低于99％，属P21空间群晶体结构，其晶胞参数为： β＝97.75(3)°，其铁电特征参数分别为：Ps＝0.218μC/cm2，2Pr＝0.189μC/cm2，2Ec＝5.06kV/cm。
2.权利要求1所述的一种铜配合物铁电功能材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
a、将间硝基苯甲酸溶于去离子水和乙醇组成的混合溶剂中，搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的间硝基苯甲酸溶液待用，所述混合溶剂中去离子水与乙醇的体积比为1：1；
b、用去离子水将氯化铜溶解，配成氯化铜溶液，再滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，至墨绿色沉淀完全析出，墨绿色沉淀加蒸馏水离心分离洗涤，离心分离洗涤共5次，按铜离子与间硝基苯甲酸摩尔比1：2的比例，将洗涤后的墨绿色沉淀立即加入至上述间硝基苯甲酸溶液中，搅拌5～40min，得到浅蓝色的间硝基苯甲酸铜悬浊液；
c、按铜离子与邻菲啰啉摩尔比1：1的比例，在上述间硝基苯甲酸铜悬浊液中加入邻菲啰啉，搅拌下浅蓝色悬浊液变为深蓝色悬浊液，继续搅拌20～40min，过滤，沉淀凉干得到深蓝色粉晶，该深蓝色粉晶为[Cu(phen)(H2O)2L]L的铜配合物铁电功能材料。
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