苯胺及吡啶基衍生物的介电性质研究

摘要

铁电材料，是电介质材料中的一类。其特点是不仅具有自发极化，而且在一定温度范围内，自发极化能随外施电场的方向而改变。铁电材料在微电子、信息存储、液晶显示、铁电薄膜等方面拥有广泛的应用。很多铁电晶体都会发生铁电相和顺电相的相互转变，对应于结构相变。在相变点附近，会出现明显介电异样和热学性质的异样。本文以寻找新的相变化合物为目的合成了一系列包含氢键的化合物，并对它们结构相变与介电性质进行了研究。本文主要介绍了以下三个部分：
　　 第一部分，以对甲基苯胺为原料合成了具有潜在可逆相变的有机分子离子化合物。化合物C7H10N+BF4-(1)C7H10N+·ClO4-(2)分别是对甲基苯胺的四氟硼酸盐和高氯酸盐，通过对其介电性质和热力学性质研究表明，这两种物质具有相变行为。通过DSC和介电常数测量证明化合物1在T=247 K附近出现了相变。分别测量了该化合物在T=193 K和T=293 K下的晶体结构，发现晶胞参数α，β，γ和a，b轴几乎没有变化，T=193 K时，c轴由原来的14.001 A变为6.961 A，减为一半，空间群由单斜的P21/c变为P21/n。DSC测量显示，该晶体降温时在T=251 K显示了一个尖峰，升温时在T=245K显示了一个尖峰，出现了5K的热滞，表现了相变的不连续性，证明此结构相变是一级相变。化合物2结晶于非铁电空间群，分子中的甲基和高氯酸阴离子发生无序，可能正是这种无序.有序转变导致了该化合物结构相变的发生。通过DSC测量发现，在加热和冷却过程中，该化合物大约在T=315 K出现了小的宽峰，而在T=387 K左右显示了一个尖峰，说明该化合物可能存在2个相变点。我们分别测量了T=293 K、T=348 K和T=413 K三个温度下的晶体结构，发现T=293 K和T=348 K时的晶胞参数几乎没有变化。相比之下，T=413 K下的晶胞参数α，γ几乎没有变化，β由原来的90.326。变为90°。但是c轴由14.337 A变为7.197A，减小了一倍，空间群由单斜的P21/c变为四方的Pmmn。此结构相变是一级相变。对于化合物C7H10N+·C6H7SO3-(3)和C7H8NBr2+·BF4-(4)，通过晶体结构和介电性质测量分析，发现它们并没有出现可逆的结构相变。
　　 第二部分，以8-羟基喹啉为原料合成了具有潜在相变的有机分子离子化合物，并得到了4个化合物C11H9N2O+·BF4-(5)、(C11H10NO3)2+·[ZnCl4]2-(6)、C23H17N2O+·ClO4-(7)和C23H17N2O+·BF4-(8)。但通过研究其晶体结构以及介电常数和温度的关系，发现这些化合物没有出现预期的介电常数异样，在变温过程中没有出现结构相变。
　　 第三部分，在水热条件下，以8-羟基喹啉和溴乙腈为原料，通过原位合成得到了四唑衍生物配体，并通过高温高压反应得到了2个四唑类分子盐化合物C11H9N5O+·BF4-(9)，C11H9N5O+·ClO4-(10)。但通过研究其晶体结构和介电常数，发现这些化合物没有出现可逆的介电常数异样的情况，在变温过程中没有出现结构相变。