邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料及其制备方法

摘要

本发明公开了分子式为[Cu

说明书

技术领域

本发明涉及铁电功能材料，具体涉及邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料及其制备方 法。

背景技术

铁电功能材料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。其具有优良的铁电、介电、热释电 以及压电等特性，从而被广泛应用于铁电存储器、红外探测器、声表面波和集成光电器 件等现代电子技术和微机械技术等固态器件方面，铁电材料及其应用研究已成为凝聚态 物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。

早在18到19世紀，科学家就对材料的铁电性能进行研究，最早获得使用的铁电 材料是罗息盐(酒石酸钾钠)，1894年Pockels报道了罗息盐具有异常大的压电常数， 1920年法国的Valasek观察到罗息盐晶体(斜方晶系)的铁电电滞回线；1935年、 1942年又发现了磷酸二氢钾(KH₂PO₄)及其类似晶体中的铁电性，及钛酸钡 (BaTiO₃)陶瓷的铁电性。从目前的研究现状来看,对于具有高性能的铁电材料的研究 和开发应用仍然处于发展阶段。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。其主要策 略在于通过选择合适的金属离子与有机配体，借助金属离子与有机配体之间的配位 键合作用，来实现新颖功能材料的设计和构筑。由于铁电功能材料的微观晶体结构的 空间群为10个极性点群之一，因此对铁电材料的合成极具挑战性，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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料，邻菲罗啉 丙二酸铜为新的铁电功能材料，具有较好的铁电性能，饱和极化强度与罗息盐相当。 本发明还提供了邻菲罗啉丙二酸铜的制备方法，该制备方法具有流程少，工艺简单，无 污染，成本低，易于产业化等优点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料， 邻菲罗啉丙二酸铜的分子式为[Cu₂(phen)₂(H₂O)₃(mal)(ClO₄)](ClO₄)，其中phen为邻菲 罗啉，mal为丙二酸，该铁电功能材料为蓝色粉体，纯度不低于99%，属P2₁空间群晶 体结构，其晶胞参数为：其铁电特 征参数分别为：饱和极化强度Ps=0.25μC·cm^-2，剩余极化强度2Pr=0.20 μC·cm^-2，矫顽电场2Ec=3.59kv·cm^-1。该材料是由柔性丙二酸有机配体与Cu²⁺离子、 高氯酸根离子以及邻菲罗啉构筑成金属-有机配合物，具有较好的铁电特性。

上述邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料的制备方法，其步骤如下：

a、将高氯酸铜溶于去离子水中，配成摩尔浓度为0.2～0.6mol/L的高氯酸铜溶液待 用；

b、将丙二酸溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，配成摩尔浓度为0.1～0.3mol/L的 丙二酸溶液，按丙二酸与高氯酸铜的摩尔比1：2的比例，将所述丙二酸溶液与所述高 氯酸铜溶液混合均匀，得到淡蓝色溶液；

c、将邻菲罗啉溶于乙醇中，配成摩尔浓度为0.2～0.6mol/L的邻菲罗啉溶液，然后 按邻菲罗啉与高氯酸铜的摩尔比1：1的比例，将所述邻菲罗啉溶液与上述淡蓝色溶液 混合均匀，待形成蓝色悬浊液，过滤除去不溶物，滤液静置于室温，待深蓝色状晶体析 出完毕，过滤，将深蓝色状晶体研磨成过100目筛的粉体，得到纯度不低于99%的邻菲 罗啉丙二酸铜铁电功能材料。邻菲罗啉丙二酸铜的分子式经成份分析和测定为 [Cu₂(phen)₂(H₂O)₃(mal)(ClO₄)](ClO₄)，粉体经X-射线衍射，得到如图2所示的PXRD 图谱的粉体晶相。

与现有技术相比，本发明的优点在于邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料，其分子式为 [Cu₂(phen)₂(H₂O)₃(mal)(ClO₄)](ClO₄)，其中phen为邻菲罗啉，mal为丙二酸，该铁电功 能材料为蓝色粉体，纯度不低于99%，属P2₁空间群晶体结构，其晶胞参数为：其铁电特征参数分别为：饱和极化强度Ps=0.25 μC·cm^-2，剩余极化强度2Pr=0.20μC·cm^-2，矫顽电场2Ec=3.59kv·cm^-1。该材料 是由柔性丙二酸酸有机配体与Cu²⁺离子、高氯酸根离子以及邻菲罗啉构筑的金属-有机配 合物，具有较好的铁电特性，与罗息盐的饱和极化强度相当。该铁电功能材料制备方 法以高氯酸铜溶液与丙二酸溶液混合，再与邻菲罗啉溶液混合方式制备得到，具有流程 少，工艺简单，对设备要求低，原料使用廉价的高氯酸铜与丙二酸以及邻菲罗啉，无污 染，成本低，易于产业化等优点。

附图说明

图1为邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料的分子结构图；

图2为邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料的PXRD与单晶模拟PXRD对比图；

图3为邻菲罗啉丙二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0.4摩尔的高氯酸铜溶于1升去离子水中，配成摩尔浓度为0.4mol/L的高氯酸 铜溶液待用；将0.2摩尔丙二酸加入到1升去离子水中，搅拌至完全溶解，配成摩尔浓 度为0.2mol/L的丙二酸溶液，加入到高氯酸铜溶液中，混合均匀，得到淡蓝色丙二酸 铜溶液；将0.4摩尔邻菲罗啉溶于1升乙醇中，配成摩尔浓度为0.4mol/L的邻菲罗啉 溶液，加入到淡蓝色丙二酸铜溶液中混合均匀，待形成蓝色悬浊液，过滤除去不溶物， 滤液静置于室温，几天后，深蓝色状晶体析出完毕，深蓝色状晶体研磨成过100目筛的 粉体，得到纯度不低于99%的邻菲罗啉丙二酸铜铁电功能材料，该邻菲罗啉丙二酸铜铁 电功能材料的分子式为[Cu₂(phen)₂(H₂O)₃(mal)(ClO₄)](ClO₄)，其中phen为邻菲罗啉， mal为丙二酸。其微观晶体结构为P2₁空间群，粉体经X-射线衍射，得到如图2所示 PXRD图谱的粉体晶相；该粉体电滞回线如图3所示，从图3中可以看出其铁电性能特 征参数分别为：Ps=0.25μC·cm^-2，2Pr=0.20μC·cm^-2，2Ec=3.59kv·cm^-1。说明 具有较好的铁电特性，其Ps值与罗息盐的Ps值0.25μC·cm^-2相当，是铁电特性较好的 铁电体。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的只是0.2摩尔的高氯酸铜溶于1升去离子水中，0.1 摩尔丙二酸加入到1升去离子水中，0.2摩尔邻菲罗啉溶于1升乙醇中。

实施例3

与实施例1基本相同，所不同的只是0.6摩尔的高氯酸铜溶于1升去离子水中，0.3 摩尔丙二酸加入到1升去离子水中，0.6摩尔邻菲罗啉溶于1升乙醇中。