CN102977148B - 水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料及制备方法 - Google Patents

水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料及制备方法，其分子式为[Mn(bpe)(H2O)2(SO4)]·H2O，其中bpe为分子式为C12H10N2的1,2-二(4-吡啶基)乙烯，该铁电功能材料为纯度不低于99%的黄色粉体，空间群结构为C2，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.5779μC·cm-2，矫顽电场2Ec=18kv·cm-1，饱和极化强度Ps=0.4117μC·cm-2，其饱和极化强度是罗息盐的1.67倍，是铁电特性能优异的铁电体；本发明的制备方法具有工艺简单易行、对设备要求低、原料成本低、成核与生长结晶好，产率高、无污染等优点。

Description

水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料及制备方法
技术领域
本发明涉及铁电功能材料，具体涉及水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料及制备方法。
背景技术
铁电功能材料具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性，可用于制作铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、光波导介质移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。这些元器件在航空航天、通信、家电、国防等领域具有广泛的应用前景。从晶体学角度，只有1(C1)，m(Cs)，2(C2)，2m(C2v)，3(C3)，3m(C3v)，4(C4)，4m(C4v)，6(C6)，6m(C6v)的10种极性点群符合铁电功能材料的要求。最早的铁电效应是在1920年由法国人Valasek在罗谢尔盐中发现的，这一发现揭开了研究铁电材料的序幕。在1935年Busch发现了磷酸二氢钾KH2PO4–简称KDP，其相对介电常数高达30，远远高于当时的其它材料。20世纪80年代中期，薄膜制备技术的突破为制备高质量的铁电薄膜扫清了障碍，并且近年来随着对器件微型化、功能集成化、可靠性等要求的不断提高，传统的铁电块体由于尺寸限制已经不能满足微电子器件的要求。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功能材料的设计和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。
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优异，饱和极化强度Ps值为0.4117μC·cm-2的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料。本发明还提供了该铁电功能材料的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料，其分子式为[Mn(bpe)(H2O)2(SO4)]·H2O，其中bpe为分子式为C12H10N2的1,2-二(4-吡啶基)乙烯，该铁电功能材料为纯度不低于99%的黄色粉体，空间群结构为C2，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.5779μC·cm-2，矫顽电场2Ec=18kv·cm-1，饱和极化强度Ps=0.4117μC·cm-2，其粉体的晶胞参数为： β=99.14(3)°。
该水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料的制备方法，步骤如下：
a、将硫酸锰溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，制成浓度为0.05～0.125mol/L的硫酸锰溶液待用；
b、按1,2-二(4-吡啶基)乙烯与硫酸锰的摩尔比为1:1的比例，将1,2-二(4-吡啶基)乙烯加入到上述硫酸锰溶液中，搅拌下制成白色浊液，再搅拌下滴加浓度为1M的H2SO4溶液至白色浊液变为黄色浊液，静置至沉淀完毕，得水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀；滴加H2SO4溶液，使pH呈酸性，利于得到黄色的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀；
c、按硫酸锰与甲醇溶液的摩尔体积比1mmol：8mL的比例，将水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀加入到温度为60～90°C，体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，冷却至室温，静置溶液至黄色晶体析出完毕，得到水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰晶体，置于玛瑙研钵中研磨成通过100目筛的粉体，得到纯度不低于99%的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料。60～90°C的甲醇溶液，使水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀溶解后，50%的甲醇溶液下，其成核与生长结晶好，结晶纯度高。
与现有技术相比，本发明的优点在于水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料及制备方法，其分子式为[Mn(bpe)(H2O)2(SO4)]·H2O，其中bpe为子式为C12H10N2的1,2-二(4-吡啶基)乙烯，该铁电功能材料为纯度不低于99%的黄色粉体，空间群结构为C2，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.5779μC·cm-2，矫顽电场2Ec=18kv·cm-1，饱和极化强度Ps=0.4117μC·cm-2，其饱和极化强度是罗息盐的1.67倍，是铁电特性能优异的铁电体；本发明的制备方法具有工艺简单易行、对设备要求低、原料成本低、成核与生长结晶好，产率高、无污染等优点。
附图说明
图1为水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料的分子结构图；
图2为水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料的PXRD图谱与单晶模拟PXRD图谱的对比图；
图3为水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料的电滞回线图。
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5mmol的MnSO4溶于由20mLCH3OH和20mL水配制的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，制成浓度为0.125mol/L的硫酸锰溶液，在硫酸锰溶液中加入5mmol的1,2-二(4-吡啶基)乙烯，搅拌下制成白色浊液，再搅拌下滴加浓度为1M的H2SO4溶液至白色浊液变为黄色浊液，静置至沉淀完毕，得水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀，过滤后在水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀中加入由20mLCH3OH和20mL水配制的温度为60～90°C的甲醇溶液中，冷却至室温，静置溶液至黄色晶体析出完毕，得到水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰晶体，置于玛瑙研钵中研磨成通过100目筛的粉体，得到水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料。该铁电功能材料的分子结构如图1所示。该铁电功能材料的PXRD图谱如图2所示，可以看出该铁电功能材料纯相高，纯度不低于99%。该铁电功能材料的电滞回线图如图3所示，可以看出饱和极化强度Ps=0.4117μC·cm-2，是罗息盐的1.67倍，说明具有铁电功能特性优异。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的只是5mmol的MnSO4溶于由50mLCH3OH和50mL水配制的甲醇溶液中。
采用Rigaku R-Axis Rapid单晶衍射仪对上述实施例得到晶体进行单晶X-射线衍射，得到如图1所示的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰的结构图。
PXRD图采用Bruker D8 Focus粉末衍射仪在5–50°的2θ角度范围内以6°/min的扫描速度，在室温下收集该铁电功能材料样品的粉末衍射图谱。
电滞回线图采用美国立顿公司铁电材料测试系统Premier II测试。即样品粉末压片，双面涂银胶，自然晾干，然后测量电滞回线并得到铁电性能参数。

Claims (2)

1.水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料，其特征在于分子式为[Mn(bpe)(H2O)2(SO4)]·H2O，其中bpe为分子式为C12H10N2的1,2-二(4-吡啶基)乙烯，该铁电功能材料为纯度不低于99％的黄色粉体，空间群结构为C2，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr＝0.5779μC·cm–2，矫顽电场2Ec＝18kv·cm–1，饱和极化强度Ps＝0.4117μC·cm–2，其粉体的晶胞参数为： β＝99.14(3)°。
2.权利要求1所述的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
a、将硫酸锰溶于体积百分浓度为50％的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，制成浓度为0.05～0.125mol/L的硫酸锰溶液待用；
b、按1,2-二(4-吡啶基)乙烯与硫酸锰的摩尔比为1:1的比例，将1,2-二(4-吡啶基)乙烯加入到上述硫酸锰溶液中，搅拌下制成白色浊液，再搅拌下滴加浓度为1M的H2SO4溶液至白色浊液变为黄色浊液，静置至沉淀完毕，得水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀；
c、按硫酸锰与甲醇溶液的摩尔体积比1mmol：8mL的比例，所述硫酸锰的量为步骤a的摩尔数，将水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀加入到温度为60～90℃，体积百分浓度为50％的甲醇溶液中，冷却至室温，静置溶液至黄色晶体析出完毕，得到水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰晶体，置于玛瑙研钵中研磨成通过100目筛的粉体，得到纯度不低于99％的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料。
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