多铁性金属有机框架的磁电耦合效应研究

摘要

金属有机框架(MOF)具有结构丰富，可调性强等特点，因而作为新型的多铁性材料具有很大的潜力。但是目前发现的多铁性MOF材料中，磁电共存占据多数，具有磁电耦合效应的例子相对较少。为了获得较强磁电耦合效应，可以考虑从第Ⅱ类多铁性MOF材料入手，这类材料通过磁有序诱导铁电极化，磁电耦合直接且内禀，一般具有较强的磁电耦合性能;或者寻求作为第Ⅰ类多铁性材料的电子铁电型MOF化合物，这类材料的铁电极化源于电荷有序，往往也具有较强的磁电耦合及介电可调性。
　　本论文基于以上背景，以多铁性金属有机框架的磁电耦合效应为课题，研究了第Ⅱ类多铁性MOF材料以及电子铁电型MOF材料的磁电耦合效应。主要开展了以下几个方面的工作:
　　1.以红砷镍矿型MOF化合物[NH2(CH3)2][FeⅢMnⅡ(HCOO)6](1)为研究对象，对该化合物存在的介电弛豫行为进行表征。根据磁学性质，发现化合物1由于Dzyaloshinsky-Moriya(DM)相互作用产生了FeⅢ与MnⅡ非共线的亚铁磁结构，通过自旋倾斜的磁有序诱导铁电相变。基于化合物1为第Ⅱ类多铁性材料，化合物在较宽的温度范围内表现出磁电耦合效应。论文中对不同温度区间的磁电效应机理做了简单的分析。
　　2.选取混合价态化合物[NH2(CH3)2][FeⅢFeⅡ(HCOO)6](2)为研究对象，通过单晶结构，DSC等测试手段表征化合物的结构相变过程。对化合物的单晶样品进行介电、热释电等电学方面测试，结合磁学性质，发现3.5 K时化合物2在E//c方向上存在新的铁电极化相，该铁电极化是通过晶体内部缺陷引起了上上下下（↑↑↓↓）的自旋序诱导，属于典型的第Ⅱ类多铁性材料。化合物2的磁电测试证实具有较强的磁电耦合性能。
　　3.继续以上一章的化合物2为研究对象，通过介电温谱、光谱测试及直流电导等测试方法对其电荷转移过程进行表征，同时通过热释电测试其电极化大小，证明化合物2是一例电子铁电型MOF材料。对化合物的外场调控作用进行探究，证明其介电常数在高于室温可受磁场和直流偏置电场调控。
　　4.选择混合价态化合物N(n-Bu)4[FeⅢFeⅡ(C2O4)3](3)为研究对象，通过研究其相变过程以及电子跃迁过程，探究桥连配体对MOF化合物的多铁性及电荷转移过程的影响。实验中证实较长的桥连配体阻碍了金属间的电荷转移，并且低温区没有新的极化相产生。化合物3随着电子活化能的增大而不具备介电调谐性，然而磁电耦合效应仍然存在，磁介电变化率在410K，9T磁场下可达-7.6％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 多铁性材料

1．2．1 多铁性的研究概述

1．2．2 多铁性材料的分类

1．2．3 多铁性材料的研究进展

1．3 电荷有序致电子铁电体

1．3．1 电子铁电体的研究概述

1．3．2 典型的电子铁电体材料

1．4 金属有机枢架(MOF)的磁电耦合研究

1．4．1 多铁性MOF的磁电耦台

1．4．2 具有电子铁电性的MOF材料

1．5 本论文选题背景与研究内容

参考文献

第二章 基于杂金属化合物[NH2(CH3)2][FeⅢMnⅡ(HCOO)6]的磁电耦合效应研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂信息

2．2．2 实验仪器与测试条件

2．2．3 化合物的制备

2．2．4 电学测试

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 单晶结构分析

2．3．2 DSC描述与分析

2．3．3 介电性质描述与分析

2．3．4 磁性描述与分析

2．3．5 磁电耦合性质

2．4 本章小结

参考文献

第三章 基于混合价态化合物[NH2(CH3)2][FeⅢMnⅡ(HCOO)6]多铁态中的磁电耦合研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂信息

3．2．2 实验仪器与测试条件

3．2．3 化合物的制备

3．2．4 电学测试

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 单晶结构分析

3．3．2 DSC描述与分析

3．3．3 介电性质描述与分析

3．3．4 磁性描述与分析

3．3．5 热释电性质

3．3．6 铁电极化来源分析

3．3．7 磁电耦合性质

参考文献

第四章 电荷序致电子铁电体化合物[NH2(CH3)2][FeⅢMnⅡ(HCOO)6]的磁电效应及介电调谐性研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器与测试条件

4．2．2 电学测试

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 介电性质描述与分析

4．3．2 热释电性质

4．3．3 光谱测试

4．3．4 变温直流电导测试

4．3．5 磁介电性质

4．3．6 介电调谐性

4．3．7 金属种类对电子跃迁的影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 层状混合价态化合物N(n-Bu)4[FeⅢFeⅡ(C2O4)3]的磁电效应研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂信息

5．2．2 实验仪器与测试条件

5．2．3 化合物的制备

5．2．4 电学测试

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 多晶N(n-Bu)4[FeⅢFeⅡ(C2O4)3]结构表征

5．3．2 DSC描述与分析

5．3．3 介电性质描述与分析

5．3．4 磁性描述与分析

5．3．5 磁电耦合性质

5．3．6 介电调谐性探究

5．4 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

附录1 在学期间已发表论文

致谢