含有机染料的有机-无机杂化热释电材料的制备与性能研究

摘要

随着薄膜材料制备工艺不断的进步以及功能器件向小型化、集成化的方向发展，热释电薄膜材料的研究及应用已经成为当今材料研究的热点之一。有机．无机杂化薄膜因其将无机组分与有机组分通过化学键键联在一起赋予了其新的光学及电学特性，因此热释电薄膜材料制成器件并实用化，具有很好的应用前景。 本论文设计合成了五种硅氧烷染料，利用其硅氧烷的易水解性通过溶胶．凝胶法分别使它们与易水解的醇盐(Si，Ti，Nb，Ta)，混合缩水聚合成有机-无机杂化材料，考察了其热学性能，极化取向稳定性以及介电、热释电性能。本论文的主要内容和主要结论如下：(1) 简要的介绍了有关热释电材料方面的基本知识，并介绍了热释电材料的分类及其研究进展，薄膜的制备技术，Sol-gel法制备薄膜的优点，热释电材料的发展趋势。在此基础上提出了本论文的设计思想和研究内容。(2)通过理论计算筛选出理想的有机染料，并制成硅氧烷染料，通过红外鉴定为目标化合物。实验结果表明合成的目标化合物最大吸收波长接近染料本身的吸收波长；硅氧烷染料的分解温度均在300℃左右，热稳定性好。(3)选择多功能基团的醇盐Si(OC<,2>H<,5>)<,4>、Ti(OC<,4>H<,9>)<,4>及M(OC<,2>H<,5>)<,5>(M=Nb,Ta)作为形成无机三维网络的前躯体，硅氧烷染料中的有机染料作为生色团，用溶胶．凝胶法制备了四个体系14种有机-无机杂化热释电薄膜。应用 IR、UV-Vis、TG、AFM、多功能椭圆偏振仪对材料的结构、取向稳定性、热稳定性、表面形貌进行了分析。实验结果显示制备的杂化薄膜材料的经时稳定性及热稳定性均较好。(4)用溶胶．凝胶法和原位升温聚合极化法在Ag/Si(100)基片上制备了14种极化杂化热释电薄膜。用低频阻抗分析和数字电荷仪对极化薄膜的介电性能及热释电性能进行了测试和分析。实验结果显示，我们设计制备的四类有机-无机杂化薄膜材料通过极化取向后具有热释电效应，且均具有较低的介电常数、介电损耗以及大的热释电系数，是一种极具潜力的热释电材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1基本理论

1.1.1热释电效应

1.1.2热释电体

1.1.3热释电系数的测量

1.1.4热释电性能的评价

1.2热释电材料的分类

1.3研究进展

1.3.1热释电晶体材料

1.3.2陶瓷

1.3.3高分子有机薄膜

1.3.4铁电薄膜

1.4薄膜的制备技术

1.4.1溅射(Sputtering)

1.4.2脉冲激光沉积法

1.4.3金属有机物化学气相沉积(MOCVD)

1.4.4溶胶凝胶法(Sol-Gel)

1.5热释电材料的发展前景展望

1.6本论文的研究内容

第二章杂化材料有机生色团的设计及理论计算

2.1引言

2.2染料分子的理论计算

2.2.1分子结构

2.2.2理论计算结果

2.3染料分子的改性

第三章染料分子的改性及性能研究

3.1实验

3.1.1试剂与仪器

3.1.2试验路线

3.1.3试验步骤

3.2性能测试与表征

3.2.1红外吸收光谱分析

3.2.2热性能分析

3.3结果与讨论

3.3.1硅氧烷染料的合成与表征

3.3.2硅氧烷染料的热性能研究

3.3本章小结

第四章有机-无机杂化热释电薄膜的制备及性能研究

4.1引言

4.2实验

4.2.1试剂与仪器

4.2.2有机-无机杂化薄膜的制备

4.3结果与讨论

4.3.1以正硅酸乙酯、钛酸正丁酯为无机前躯体的有机-无机杂化薄膜

4.3.3以乙醇铌、乙醇钽为无机前躯体的有机-无机杂化薄膜

4.4本章小结

第五章总结

参考文献

附录：硕士论文期间已发表和即将发表的论文

致谢