CN113444044A - 基于方酸的介电转变材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于方酸的介电转变材料及其制备方法，属于材料技术领域，介电转变材料为方酸和吡唑合成的有机盐，化学式为C7H6N2O4，分子结构为：
基于方酸的介电转变材料的晶体结晶于三斜晶系，
空间群，方酸和吡唑均为平面型分子，方酸阴离子通过N‑H…O氢键和两个吡唑相连，延展成一维平面带状结构，在空间中形成层状堆叠结构。介电转变材料的制备方法，将方酸和吡唑按照摩尔比1：1分别溶于去离子水中，将吡唑水溶液缓慢滴加到方酸水溶液中，持续搅拌至溶液澄清，过滤静置，室温缓慢挥发，得到无色透明块状晶体。所述材料在温度的刺激下，介电常数实部发生高、低介电态的转变，该材料在开关、驱动、传感等方面具有应用前景。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及基于方酸的介电转变材料及其制备方法。
背景技术
介电转变材料，该类材料在外界条件(温度、压力、光照、化学等)激励下，介电常数实部发生高、低介电态的转变，在开关、传感、换能、驱动等方面具有应用前景。
近年来，随着对新型电介质材料的需求，基于有机小分子的电介质材料逐渐引起了人们的关注，该类材料具有结构多样性、柔性、绿色环保，多功能性等特点，有望在某些方面超越或者替代现有的介电材料，例如，分子基铁电材料、有机-无机杂化多铁材料、分子基介电响应材料等。
发明内容
技术问题：为发现具有应用前景的新型电介质材料，本发明提供基于方酸的介电转变材料；本发明的另一目的是公开其制备方法。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明的基于方酸的介电转变材料，该材料为方酸和吡唑形成的氢键型有机盐，化学式为C7H6N2O4，分子结构为：
进一步地，基于方酸的介电转变材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将方酸和吡唑分别溶于去离子水中；
(2)将吡唑水溶液缓慢滴加到方酸水溶液中，持续搅拌至溶液澄清，过滤静置，室温缓慢挥发，得到无色透明块状晶体，即得。
进一步地，所述的步骤(1)中，方酸和吡唑的摩尔比为1：1。
进一步地，所述的步骤(2)中，无色透明块状晶体，结晶于三斜晶系，
空间群，方酸和吡唑均为平面型分子，方酸和吡唑之间通过N-H…O氢键连接形成带状的结构，在空间中形成层状堆叠结构。
进一步地，所述的步骤(2)中，无色透明块状晶体中，该结构的晶胞参数：
α＝108.056(10)°，β＝94.793(9)°，γ＝90.339°。
进一步地，所述的步骤(2)中，室温缓慢挥发时间为5～7天。
有益效果：本发明提供了一种分子基介电转变晶态材料，该晶体在低温220K左右，介电常数产生台阶式的转变，以1MHz为例，从270K开始缓慢降温，在270K到220K时介电常数缓慢降低，从220K到120K时，介电常数发生急剧的降低，介电常数从9降低到3.5左右，升温时，介电常数又可逆的恢复，Δε'＝5.5。可用于制备智能材料、信息存储材料、储能材料等。
附图说明
图1是本发明合成的基于方酸的介电转变材料的粉末衍射图谱；
图2是本发明合成的基于方酸的介电转变材料的最简成分图；
图3是本发明合成的基于方酸的介电转变材料的氢键网络图，形成二维平面结构；
图4是本发明合成的基于方酸的介电转变材料的介电数据图；
图5是本发明合成的基于方酸的介电转变材料的结构图。
具体实施方式
下面结和具体实例对本发明进行详细说明。
基于方酸的介电转变材料为方酸和吡唑合成的有机盐，化学式为C7H6N2O4，分子结构为：
基于方酸的介电转变材料的晶体结晶于三斜晶系，
空间群，方酸和吡唑均为平面型分子，方酸阴离子通过N-H…O氢键和两个吡唑相连，延展成一维平面带状结构，在空间中形成层状堆叠结构。
基于方酸的介电转变材料的晶体是一种具有介电转变特性的晶态化合物，该化合物为方酸和吡唑形成的氢键型有机盐，化学式为C7H6N2O4。
该结构的晶胞参数：
α＝108.056(10)°，β＝94.793(9)°，γ＝90.339°。
基于方酸的介电转变材料的制备方法，将方酸和吡唑按照摩尔比1：1分别溶于去离子水中，将吡唑水溶液缓慢滴加到方酸水溶液中，持续搅拌至溶液澄清，过滤静置，室温缓慢挥发，得到无色透明块状晶体，即得。
方酸和吡唑按照摩尔比1：1分别溶于等体积的去离子水中或者方酸和吡唑按照摩尔比1：1分别溶于体积不相等的去离子水中，保证方酸和吡唑溶解即可。
方酸和吡唑之间通过N-H…O氢键连接形成带状的结构。
以去离子水为溶剂，通过缓慢挥发方酸和吡唑的水溶液，结晶得到的无色透明晶体。
在降低温度时，其介电常数具有可逆的台阶式转变。
室温缓慢挥发时间为5～7天一周左右。
1实验部分
1.1仪器和试剂
X射线单晶衍射仪为日本Rigaku公司的Mini单晶衍射仪，介电测量仪是常州同惠电子有限公司的TH2828型测试仪，组合型多功能水平X射线衍射仪来自日本Rigaku公司，型号为Ultima IV。
实验室所用的试剂方酸和吡唑均为分析纯试剂。
1.2晶体的合成方法
将1.00g(8.76mmol)方酸溶解在10ml去离子水中，再称取0.59g(8.76mmol)吡唑溶于10ml的去离子水中，将吡唑水溶液缓慢滴加到方酸水溶液中，不断搅拌至澄清，置于通风橱内缓慢挥发，一周后析出无色透明块状晶体，以方酸计算产品收率约为80％。
2结果与讨论
2.1 X射线粉末衍射分析
将晶体样品在X射线衍射仪(PXRD)上收集衍射数据。测试角度范围为5°-50°，测试速率为20°/min。将X射线衍射所得数据与室温单晶结构模拟所得数据进行XRD谱图对比，如图1所示，两者峰位完全一致，可以确定样品为纯相。
2.2单晶结构分析
挑选尺寸约为0.2×0.2×0.2mm的单晶，在X射线单晶衍射仪上，使用Mo-Kα射线
收集所有化合物的晶体数据。采用SHELXTL 2014软件包用直接法解析晶体结构。所有非氢原子均各向异性精修，所有氢原子都是通过理论加氢的方式添加。从表1可以看出，该晶体结构，结晶于三斜晶系，
空间群，a＝5.0592(5)，b＝7.9824(9)，c＝10.2790(12)，a＝108.056(10)，β＝94.793(9)，γ＝90.339(9)，V＝393.07(8)，Z值为2。
表1 所得化合物的晶体结构数据
[a]R1＝Σ||Fo|-|Fc||/|Fo|.[b]wR2＝[Σw(Fo 2-Fc 2)2]/Σw(Fo 2)2]1/2.[c]最大和最小的残余电子密度。
图2为293K时，化合物的不对称单元图，由一个方酸分子和一个吡唑分子组成。图3在293K时，分析其晶体结构，发现方酸和吡唑二者之通过氢键连接，形成平面氢键网络，图5(a)是本发明合成的基于方酸的介电转变材料的一维带状结构；图5(b)是本发明合成的基于方酸的介电转变材料的晶体结构堆积图。图5(a)为方酸和两个吡唑通过N-H…O氢键连接，不断延伸成一维带状结构。图5(b)为所得带状结构在空间中形成的层状堆叠结构。
表2 化合物的氢键表
2.3化合物的介电测试。
将化合物的粉末样品在压片机上压片，用银胶和铜丝将片固定在电极上，在介电测量仪上测量其介电，如图4所示是1MHZ频率下介电常数随温度变化关系曲线，在低温区间(120K-240K)，在降温和升温过程中介电常数随温度的变化在220K左右出现拐点，其关系曲线有可逆转变平台，由以上可知：化合物1在低温测量过程中经历了可逆的介电转变现象。
Claims (6)
1.基于方酸的介电转变材料，其特征在于：该材料为方酸和吡唑形成的氢键型有机盐，化学式为C7H6N2O4，分子结构为：
2.权利要求1所述的基于方酸的介电转变材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将方酸和吡唑分别溶于去离子水中；
(2)将吡唑水溶液缓慢滴加到方酸水溶液中，持续搅拌至溶液澄清，过滤静置，室温挥发，得到无色透明块状晶体，即得。
3.根据权利要求2所述的基于方酸的介电转变材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，方酸和吡唑的摩尔比为1：1。
4.根据权利要求2所述的基于方酸的介电转变材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，无色透明块状晶体，结晶于三斜晶系，
空间群，方酸和吡唑均为平面型分子，方酸和吡唑之间通过N-H···O氢键连接形成带状的结构，在空间中形成层状堆叠结构。
5.根据权利要求2所述的基于方酸的介电转变材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，无色透明块状晶体中，该结构的晶胞参数：
α＝108.056(10)°，β＝94.793(9)°，γ＝90.339°。
6.根据权利要求2所述的基于方酸的介电转变材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，室温挥发时间为5～7天。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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