水合l-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料及製備方法

2024-02-18 04:58:15 3

專利名稱：水合l-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及鐵電功能材料，具體涉及水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料及製備方法。
背景技術：
鐵電功能材料具有介電性、壓電性、熱釋電性、鐵電性以及電光效應、聲光效應、光折變效應和非線性光學效應等重要特性，可用於製作鐵電存儲器、熱釋電紅外探測器、空間光調製器、光波導介質移相器、壓控濾波器等重要的新型元器件。這些元器件在航空航天、通信、家電、國防等領域具有廣泛的應用前景。從晶體學角度，只有I (C1)，m(Cs)，2 (C2)，2m (C2v)，3 (C3)，3m (C3v)，4 (C4)，4m (C4v)，6 (C6)，6m (C6v)的 10 種極性點群符合鐵電功能材料的要求。最早的鐵電效應是在1920年由法國人Valasek在羅謝爾鹽中發現的，這一發現揭開了研究鐵電材料的序幕。在1935年Busch發現了磷酸二氫鉀KH2PO4 -簡稱KDP，其相對介電常數高達30，遠遠高於當時的其它材料。20世紀80年代中期，薄膜製備技術的突破為製備高質量的鐵電薄膜掃清了障礙，並且近年來隨著對器件微型化、功能集成化、可靠性等要求的不斷提高，傳統的鐵電塊體由於尺寸限制已經不能滿足微電子器件的要求。從目前的研究現狀來看，對於具有高性能的鐵電材料的研究和開發應用仍然處於發展階段。金屬有機配位化學的發展為新型功能材料的設計和開發提供了嶄新的思路，並大大推動了材料科學的發展，其主要策略在於通過選擇合適的金屬離子與有機配體，藉助金屬離子與有機配體之間的配位鍵合作用，來實現新穎功能材料的設計和構築。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種鐵電特性較好，飽和極化強度Ps值為
0.307 μ C.Cm _2的水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料。本發明還提供了該鐵電功能材料的製備方法。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為:水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料，其分子式為[Nd2(H2O)2(L-C4H4O6)2(SO4)].4Η20，該鐵電功能材料為純度不低於99%的單斜晶系粉體，極性點群結構為C2點群，其鐵電特徵參數分別為:剩餘極化強度2Pr=0.390 μ C.cm_2，矯頑電場 2Ec=74.7kv.cnf1，飽和極化強度 Ps=0.307 μ C.cnf2，其粉
體的晶胞參數為:α = 21.769(4) Α, Λ = 7.612(2) A, r = 6.127(1) Α, β =91.42 (3)°。該水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的製備方法，其步驟如下:a、按三氧化二釹與L-酒石酸的摩爾比為1:1 4的比例，將三氧化二釹和L-酒石酸溶於體積百分濃度為10 15%的乙醇溶液中，所述三氧化二釹與乙醇溶液的摩爾體積比為Immol: 35 40mL,攪拌至完全溶解,再按三氧化二釹與硫酸的摩爾比1:0.8 1.2的比例，滴加硫酸溶液，然後置於聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼反應釜中，攪拌均勻後密封不鏽鋼反應釜，在120 200°C溫度範圍內恆溫反應I 10天；b、反應完畢後，讓不鏽鋼反應釜以I 5°C /h降溫方式，冷卻至室溫，得到淡紫色的水合L-酒石酸硫酸釹片狀晶體，對水合L-酒石酸硫酸釹片狀晶體進行研磨，用100目篩篩選，得到通過100目篩的淡紫色的水合L-酒石酸硫酸釹單斜晶系粉體。與現有技術相比，本發明的優點在於水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料，其分子式為[Nd2(H2O)2(L-C4H4O6)2(SO4)].4H20，該鐵電功能材料為純度不低於99%的單斜晶系粉體，為C2極性點群結構，其鐵電特徵參數分別為:剩餘極化強度2Pr=0.390 μ C.cm_2，矯頑電場2Ec=74.7kv.cm—1，飽和極化強度Ps=0.307 μ C.cm_2，其粉體的晶胞參數為:
α = 21.769(4) A, * = 7.612(2) A, r = 6.127{ I) Α, β =91.42 (3) ° ;該鐵電功能材料飽和極化
強度是羅息鹽的1.23倍，是鐵電特性能優異的新的鐵電體。該鐵電功能材料的制方法用乙醇溶劑進行三氧化二釹與L-酒石酸的溶劑熱反應，再加硫酸溶液在反應釜中進行成核與生長為水合L-酒石酸硫酸釹，具有流程少，工藝簡單，對設備要求低，無汙染，成本低，易於產業化的優點。


圖1為水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的分子結構圖；圖2為水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的PXRD圖譜與單晶模擬PXRD圖譜的對比圖；圖3為水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的TG - DTA曲線圖；圖4為水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的電滯回線圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例1稱取0.5mmol三氧化二釹和2.0mmolL-酒石酸,溶於由16mL去離子水與2mL乙醇配製的溶劑中，攪拌約30min三氧化二釹和L-酒石酸完全溶解；再滴加濃度為1M的硫酸溶液0.5mL，然後置於聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼反應釜中，攪拌均勻後密封不鏽鋼反應釜，在150°C反應溫度下恆溫反應3天；反應完畢後，讓不鏽鋼反應釜以1 5°C /h降溫方式，冷卻至室溫，得到淡紫色的水合L-酒石酸硫酸釹片狀晶體，對水合L-酒石酸硫酸釹片狀晶體進行研磨，用100目篩篩選，得到通過100目篩的淡紫色的水合L-酒石酸硫酸釹單斜晶系粉體。該鐵電功能材料的PXRD圖譜如圖2所示，可以看出該鐵電功能材料純相高，純度不低於99%。該鐵電功能材料的TG-DTA曲線圖如圖3所示，說明熱穩定性好。該鐵電功能材料的電滯回線圖如圖4所示，飽和極化強度Ps=0.307μ C.cm_2，說明具有較顯著的鐵電功能特性。實施例2與實施例1基本相同，所不同的只是L-酒石酸為0.5mmol，溶於由17mL去離子水與3mL乙醇配製的溶劑中，硫酸溶液0.6mL，不鏽鋼反應釜內，反應溫度為120°C，恆溫反應時間為10天。實施例3與實施例1基本相同，所不同的只是L-酒石酸為1.0mmol，硫酸溶液0.4mL，不鏽鋼反應爸內，反應溫度為200°C,恆溫反應時間為I天。
採用Rigaku R - Axis Rapid單晶衍射儀對上述實施例得到的晶體進行單晶X-射線衍射，得到如圖1所示水合L-酒石酸硫酸釹的結構圖。採用fcuker D 8 Focus粉末衍射儀2 Θ角度範圍為5-50°，以8° /min的掃描速度對上述實施例得到的水合L-酒石酸硫酸釹鐵電粉體進行掃描，在室溫下收集樣品的粉末衍射圖譜(PXRD)，並與單晶模擬PXRD圖對比，如圖2所示。採用Seiko TG/DTA 6300型微分熱分析儀，以α - Al2O3為參比物，在200mL/min的N2氣流保護，升溫速率為10°C /min的條件下測定圖3所示的晶體的TG - DTA曲線。電滯回線圖採用美國立頓公司鐵電材料測試系統Premier II測試。即樣品粉末壓片，雙面塗銀膠，自然晾乾，然後測量電滯回線並得到鐵電性能參數，得到如圖4所示的電滯回線圖，從圖4·中可以看出其鐵電性能特徵參數分別為:2Pr=0.390μ C.cm_2，2Ec=74.7kv *cm_1,Ps=0.307 μ C.αιΓ2。且飽和極化率值是羅息鹽值 0.25 μ C.αιΓ2 的 1.23倍，說明具有優異的鐵電特性。
權利要求
1.水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料，其特徵在於分子式為[Nd2 (H2O) 2 (L-C4H4O6) 2S04].4H20,該鐵電功能材料為純度不低於99%的單斜晶系粉體，為C2極性點群結構，其鐵電特徵參數分別為:剩餘極化強度2Pr=0.390 μ C.cm_2，矯頑電場2Ec=74.7kv.cm —1，飽和極化強度Ps=0.307 μ C.cm —2，其粉體的晶胞參數為:a = 21.769(4) Α, Λ = 7.612(2) A,c = 6.127(1) Α, β =91.42 (3)。。
2.權利要求1所述的水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的製備方法，其特徵在於步驟如下: a、按三氧化二釹與L-酒石酸的摩爾比為1:1 4的比例，將三氧化二釹和L-酒石酸溶於體積百分濃度為10 15%的乙醇溶液中，所述三氧化二釹與乙醇溶液的摩爾體積比為Immol:35 40mL,攪拌至完全溶解,再按三氧化二釹與硫酸的摩爾比1:0.8 1.2的比例，滴加硫酸溶液，然後置於聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼反應釜中，攪拌均勻後密封不鏽鋼反應爸，在120 200°C溫度範圍內恆溫反應I 10天； b、反應完畢後，不鏽鋼反應釜以I 5°C/h降溫方式冷卻至室溫，得到水合L-酒石酸硫酸釹片狀晶體，對水合L-酒石酸硫酸釹片狀晶體進行研磨，用100目篩篩選，得到通過100目篩的淡紫色的水合L- 酒石酸硫酸釹單斜晶系粉體。
全文摘要
本發明公開了水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料及製備方法，其分子式為[Nd2(H2O)2(L-C4H4O6)2(SO4)]·4H2O，該鐵電功能材料的鐵電特徵參數分別為剩餘極化強度2Pr=0.390μC·cm–2，矯頑電場2Ec=74.7kv·cm–1，飽和極化強度Ps=0.307μC·cm–2；該鐵電功能材料飽和極化強度是羅息鹽的1.23倍，是鐵電特性能優異的新的鐵電體。該鐵電功能材料的制方法用乙醇溶劑進行三氧化二釹與L–酒石酸的溶劑熱反應，再加硫酸溶液在反應釜中進行成核與生長為水合L-酒石酸硫酸釹，具有流程少，工藝簡單，對設備要求低，無汙染，成本低，易於產業化的優點。
文檔編號C07F5/00GK103113394SQ201310065250
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者戚金麗, 鄭嶽青, 虞曉科, 常海聖, 許偉, 朱紅林, 林建利 申請人:寧波大學