CN103254218B - 邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料及其制备方法，其分子式为Cu2(C12H8N2)2Cl2(C7H5O3)2，该铁电功能材料为纯度不低于99%的深蓝色粉体，为C2v点群结构，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.080μC·cm–2，矫顽电场2Ec=5.03kv·cm–1，饱和极化强度Ps=0.195μC·cm–2，该铁电功能材料饱具有较好的铁电特性。该铁电功能材料是通过间羟基苯甲酸溶液与氯化铜溶液搅拌反应，再加入邻菲咯啉溶液反应，实现邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜成核和生长，具有工艺简单易行、对设备要求低、原料成本低、产率高、少污染等优点。
Description
技术领域
本发明涉及铁电功能材料，具体涉及邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜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。其最基本的特性为一定温度范围内会具有自发极化，而且极化强度可以随外电场反向而反向，从而出现电滞回线。铁电材料有着丰富的物理内涵，除了具备铁电性之外，还具有压电性、介电性、热释电性、声光效应、光电效应、光折变效应以及非线性光学效应等众多性能，可用于制备电容器件、压力传感器、铁电存储器、波导管、光学存储器等一系列电子元件，在现代电子技术与微机械等固态器件方面有重要应用。由于其在航天航空、通信、家电、国防等领域的广泛应用前景，因此铁电材料成了近年来高新技术研究的前沿和热点之一。
迄今为止科学家对铁电材料的研究可大体分为4个阶段。第1个阶段是1920～1939年发现了两种铁电结构，即罗息盐和KH2PO4系列；第2阶段是1940～1958年，铁电唯象理论建立起来并趋于成熟；第3阶段是1959～1970年，铁电微观理论出现和基本完善，称为软模阶段；第4阶段是1980年至今，主要是研究铁电薄膜和铁电超晶格等非均匀系统。从现有研究进展来看，具有高性能的铁电材料的研究和开发应用主要集中在无机化合物铁电材料，对金属-有机配合物铁电材料的研究工作则显得相对有限。前期研究表明，具铁电特性的材料其微观晶体结构的点群属十个极性点群(C1,Cs,C2,C2v,C3,C3v,C4,C4v,C6,C6v)之一。因此铁电材料的合成具有极大的难度，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。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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有铁电特性的邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料。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：邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料，其分子式为Cu2(C12H8N2)2Cl2(C7H5O3)2，该铁电功能材料为纯度不低于99%的深蓝色粉体，为C2v点群结构，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.080μC·cm–2，矫顽电场2Ec=5.03kv·cm–1，饱和极化强度Ps=0.195μC·cm–2，其粉体的晶胞参数为：其中C12H8N2为邻菲咯啉分子，C7H5O3为间羟基苯甲酸分子。
该邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料的制备方法，其步骤如下：
a、氯化铜溶液的配制：将氯化铜溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成浓度为0.1～0.5mol/L的氯化铜溶液待用；
b、间羟基苯甲酸溶液的配制：将间羟基苯甲酸溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的间羟基苯甲酸溶液待用；
c、邻菲咯啉溶液的配制：将邻菲咯啉溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的邻菲咯啉溶液待用；
d、邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液的制备：按间羟基苯甲酸与氯化铜的摩尔比1：1的比例，搅拌状态下将上述间羟基苯甲酸溶液逐滴加入到氯化铜溶液中，搅拌至溶液成淡蓝色；再按邻菲咯啉与与氯化铜的摩尔比1：1的比例，搅拌状态下逐滴加入邻菲咯啉溶液，搅拌至溶液成亮蓝色，得到邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液；用浓度为1mol/L的NaOH溶液调节邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液的pH值为2.10～5.90，室温下静置，析出得到邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜晶体；
e、将邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜晶体自然干燥、研磨成通过100目筛的粉体，得到邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料，其分子式为Cu2(C12H8N2)2Cl2(C7H5O3)2，该铁电功能材料为纯度不低于99%的深蓝色粉体，为C2v点群结构，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.080μC·cm–2，矫顽电场2Ec=5.03kv·cm–1，饱和极化强度Ps=0.195μC·cm–2，其粉体的晶胞参数为： 该铁电功能材料饱具有较好的铁电特性。该铁电功能材料是通过间羟基苯甲酸溶液与氯化铜溶液搅拌反应，再加入邻菲咯啉溶液反应，在pH为2.10～5.90条件下析晶，实现邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜成核和生长，具有工艺简单易行、对设备要求低、原料成本低、产率高、少污染等优点。
附图说明
图1为邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料的分子结构图；
图2邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料的PXRD图谱与单晶模拟PXRD图谱的对比图；
图3为邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜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1mol氯化铜溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成浓度为0.1mol/L的氯化铜溶液待用；将1mol间羟基苯甲酸溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成浓度为0.1mol/L的间羟基苯甲酸溶液待用；将1mol邻菲咯啉溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成浓度为0.1mol/L的邻菲咯啉溶液待用。搅拌状态下将上述间羟基苯甲酸溶液逐滴加入到氯化铜溶液中，搅拌得淡蓝色溶液；再在搅拌状态下逐滴加入上述邻菲咯啉溶液，得到亮蓝色的邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液；用浓度为1mol/L的NaOH溶液调节邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液的pH值为3.21，此时溶液为深蓝色，2.10～5.90，室温下静置，析出邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜晶体。将邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜晶体自然干燥、研磨成通过100目筛的粉体，得到邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料。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，饱和极化强度Ps=0.195μC·cm–2，说明具有较好的铁电功能特性。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的只是氯化铜溶液、间羟基苯甲酸溶液和邻菲咯啉溶液的浓度都为0.3mol/L，邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液的pH值为2.10。
实施例3
与实施例1基本相同，所不同的只是氯化铜溶液、间羟基苯甲酸溶液和邻菲咯啉溶液的浓度都为0.5mol/L，邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液的pH值为5.90。
采用Rigaku R–Axis Rapid单晶衍射仪对上述实施例得到的晶体进行单晶X-射线衍射，得到如图1所示的邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜结构图。
采用Bruker D8Focus粉末衍射仪2θ角度范围为5–50°，以8°/min的扫描速度对上述实施例得到的邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电粉体进行扫描，在室温下收集样品的粉末衍射图谱(PXRD)，并与单晶模拟PXRD图对比，如图2所示。
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，得到如图3所示的电滞回线图，从图3中可以看出其铁电性能特征参数分别为：Ps=0.195μC·cm–2，2Pr=0.080μC·cm–2，2Ec=5.03kv·cm–1，说明具有较好的铁电特性。
Claims (2)
1.邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料，其特征在于分子式为Cu2(C12H8N2)2Cl2(C7H5O3)2，该铁电功能材料为纯度不低于99%的深蓝色粉体，为C2v点群结构，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.080μC·cm-2，矫顽电场2Ec=5.03kv·cm–1，饱和极化强度Ps=0.195μC·cm–2，其粉体的晶胞参数为：
2.权利要求1所述的邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
a、氯化铜溶液的配制：将氯化铜溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成浓度为0.1～0.5mol/L的氯化铜溶液待用；
b、间羟基苯甲酸溶液的配制：将间羟基苯甲酸溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的间羟基苯甲酸溶液待用；
c、邻菲咯啉溶液的配制：将邻菲咯啉溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的邻菲咯啉溶液待用；
d、邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液的制备：按间羟基苯甲酸与氯化铜的摩尔比1：1的比例，搅拌状态下将上述间羟基苯甲酸溶液逐滴加入到氯化铜溶液中，搅拌至溶液成淡蓝色；再按邻菲咯啉与氯化铜的摩尔比1：1的比例，搅拌状态下逐滴加入邻菲咯啉溶液，搅拌至溶液成亮蓝色，得到邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液；用浓度为1mol/L的NaOH溶液调节邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜溶液的pH值为2.10～5.90，室温下静置，析出得到邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜晶体；
e、将邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜晶体自然干燥、研磨成通过100目筛的粉体，得到邻菲咯啉间羟基苯甲酸铜铁电功能材料。
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