一種水合4,4’-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電功能材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵電功能材料，具體涉及一種水合4,4'-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電 功能材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鐵電材料，是指具有鐵電效應的一類材料，它是熱釋電材料的一個分支，指其在不 加外電場時就具有自發(fā)極化現(xiàn)象，自發(fā)極化的方向能夠被外加電場反轉或重新定向的一類 功能材料。由于鐵電材料它同時具有鐵電性、鐵彈性、熱釋電性、壓電性及逆壓電性等多種 耦合性質(zhì)以及其它獨特的物理性質(zhì)，如力-電-熱耦合性質(zhì)、電-聲-光耦合性質(zhì)、非線性 光學效應、開關特性等等。以及近年來，鐵電半導體、鐵電鐵磁體、鐵電超導體、鐵電液晶和 光鐵電體等新型材料的發(fā)現(xiàn)，導致利用鐵電體的電、磁、光、聲、力和熱等方面的效應而制成 許多功能器件，在現(xiàn)代科學技術各個領域得到廣泛的應用。因此開發(fā)性能優(yōu)良的新型鐵電 材料已成為凝聚態(tài)物理、固體電子學領域最熱門的研究課題之一。
[0003] 到目前為止，鐵電材料研究大體可分為以下幾個階段。第一階段（1920-1939年）： 發(fā)現(xiàn)羅息鹽和KH2PO4鐵電結構；第二階段（1940-1958年）：發(fā)現(xiàn)第一個不含氫鍵，具有多個 鐵電相的鐵電體BaTiO 3，鐵電唯象理論的建立；第三階段（1959年-上世紀70年代）：鐵電 軟模理論的出現(xiàn)并趨于完善；第四階段（上世紀80年代-至今）：研究各類聚合物復合材 料、鐵電液晶、異質(zhì)結構和薄膜材料等非均勻體系。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的鐵電晶體（包括 多晶體）有一千多種。近年來，基于有機-無機雜化金屬有機配合物的發(fā)展為新型鐵電功 能材料的設計合成和制備及其開發(fā)提供了嶄新的思路，其主要策略在于通過選擇合適的金 屬離子與有機配體，借助金屬離子與有機配體之間的配位鍵合作用，來實現(xiàn)新穎功能材料 的設計和構筑。金屬-有機配位聚合物組分繁多，結構多樣化，預期從中可發(fā)掘出更多的鐵 電體，從而擴展鐵電物理學的研究領域，并開發(fā)新的應用，這種鐵電材料的研究已經(jīng)引起化 學家和物理學家的廣泛興趣，并大大推動了材料科學的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種水合4,4'-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電 功能材料，該鐵電功能材料分子式為[Cu 2(4bpy) (H2O) (Cl-ma)2]n[4bpy = 4，f -聯(lián)批陡， Cl-ma = R-鄰氯扁桃酸]，晶胞參數(shù)為：a = 12. 612 (3) A,b = 7· 834 (2) A,c = 13. 305 (3) A, a = 90°，β = 104. 90 (3) °，Y = 90°，為單斜晶系，PS1空間群（屬C2點群），是一種 有潛在應用前景的鐵電功能材料。該鐵電功能材料為能通過100目篩的綠色粉體，純度不 低于99 %，其鐵電特征參數(shù)分別為：剩余極化強度2Pr = 0. 016 μ C · cm 2,矯頑電場2Ec = I. 12kV · cm \飽和極化強度Ps = 0. 247 μ C · cm 2。該鐵電體的飽和極化率接近于典型鐵 電體羅息鹽（NaKC4H4O 6 · 4H20, Ps = 0. 25 μ C · cm 2)，具有良好的鐵電特性。
[0005] 本發(fā)明還提供了上述水合4, 4'-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電功能材料的制備方 法，該制備方法具有流程少，重復性好，工藝簡單，對設備要求低，具有工業(yè)化生產(chǎn)的前景。
[0006] 上述的鐵電功能材料晶體的制備方法，包括下述步驟：
[0007] 1)R-鄰氯扁桃酸溶液的配置：將R-鄰氯扁桃酸溶于乙醇和水（V : V = I : 1)的 混合溶劑中，攪拌至完全溶解，制成濃度為〇. 05~0. 13mol/L的R-鄰氯扁桃酸溶液待用。
[0008] 2)4,4'-聯(lián)吡啶溶液的配置：將R-鄰氯扁桃酸溶于乙醇和水（V : V = I : 1) 的混合溶劑中，并攪拌直至其完全溶解，配置成〇. 05~0. lOmol/L的溶液，得到無色4， f -聯(lián)吡啶溶液待用。
[0009] 3)將氯化銅加入到步驟1所制備的R-鄰氯扁桃酸溶液中，制成淺藍色溶液，并使 氯化銅與R-鄰氯扁桃酸的摩爾比為I : 1~4。量取0. 8~I. 2mL (IM) NaOH溶液作為酸度 調(diào)節(jié)劑加至上述淺藍色溶液中。
[0010] 4)將步驟2所制備4,4'-聯(lián)吡啶溶液加入到步驟3的淺藍色溶液中，制成淺藍色 濁液，并使4,4'-聯(lián)吡啶與R-鄰氯扁桃酸的摩爾比為I : 1~4。量取1.5~2. 2mL(lM) NH3 · H2O溶液作為酸度調(diào)節(jié)劑加至上述淺藍色濁液中，制成深藍色溶液。室溫靜置數(shù)日，得 到綠色塊狀4, 4'-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅晶體，產(chǎn)率達84%。
[0011] 5)對所述4,4'-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅塊狀晶體進行研磨，是能通過100目篩的 綠色4,4'-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅單斜晶系粉體。
[0012] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于水合4, 4'-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電材料， 該鐵電功能材料分子式為[Cu2(4bpy) (H2O) (Cl-ma)2]n，該鐵電功能材料為能通過100目篩 的綠色粉體，純度不低于99%，屬P2i空間群結構，晶體的晶胞參數(shù)為：a = 12. 612(3) A，b =7· 834 (2) A，c = 13. 305 (3) A, α = 90。，β = 104. 90 (3)。，γ = 90。。其鐵電特征參 數(shù)分別為：剩余極化強度2Pr = 0. 016 μ C ^cm 2,矯頑電場2Ec = I. 12kV ^cm \飽和極化強 度Ps = 0. 247 μ C ·αιι2。該鐵電體的飽和極化率接近于典型鐵電體羅息鹽（NaKC4H4O 6 ·4Η20， Ps = 0. 25 μ C · cm 2)，具有良好的鐵電特性。
[0013] 本發(fā)明的制備方法利用成本較低的氯化銅與鄰氯扁桃酸、4,4'-聯(lián)吡啶，合成得 到純度較高、性能較好的水合4,4'-聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電晶體。本發(fā)明的方法具有流 程少，工藝簡單，對設備要求低，使用的原料氯化銅和鄰氯扁桃酸、4,4'-聯(lián)吡啶成本低， 易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明水合4，f -聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電功能材料的分子結構圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明水合4, f -聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電功能材料的PXRD圖譜與單晶 模擬PXRD圖譜的對比圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明水合4,f -聯(lián)吡啶鄰氯扁桃酸銅鐵電功能材料的熱