專利名稱：無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電功能材料，具體涉及無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料及其制備方法。 背景技木
鐵電功能材料(鐵電體)是指其晶體結(jié)構(gòu)在不加外電場(chǎng)時(shí)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(chǎng)反轉(zhuǎn)或重新定向的一類功能材料。由于鐵電材料具有優(yōu)良 的鐵電、介電、熱釋電以及壓電等特性，被廣泛應(yīng)用于鐵電存儲(chǔ)器、紅外探測(cè)器、聲表 面波和集成光電器件等現(xiàn)代電子技術(shù)和微機(jī)械技術(shù)等固態(tài)器件方面，鐵電材料及其應(yīng)用 研究已成為凝聚態(tài)物理、固體電子學(xué)領(lǐng)域最熱門(mén)的研究課題之一。
早在18到19世紀(jì)，科學(xué)家就對(duì)材料的鐵電性進(jìn)行研究，其中以1880年J. Curie 與P. Curie最具代表性。最早獲得使用的鐵電材料是羅息鹽(酒石酸鉀鈉)，1894年 Pockels報(bào)道了羅息鹽具有異常大的壓電常數(shù)，1920年法國(guó)的Valasek觀察到羅息鹽 晶體(斜方晶系)的鐵電電滯回線；1935年、1942年又發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀(KH2P04) 及其類似晶體中的鐵電性與鈦酸鋇(BaTi03)陶瓷的鐵電性。從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看， 對(duì)于具有高性能的鐵電材料的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用仍然處于發(fā)展階段。金屬有機(jī)配位化學(xué) 的發(fā)展為新型功能材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了嶄新的思路，并大大推動(dòng)了材料科學(xué)的 發(fā)展。其主要策略在于通過(guò)選擇合適的金屬離子與有機(jī)配體，借助金屬離子與有機(jī) 配體之間的配位鍵合作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)新穎功能材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑。
由于在金屬有機(jī)配合物的自組裝過(guò)程中，配合物結(jié)構(gòu)中易形成結(jié)晶水分子或者 配位水分子，從而大大限制了金屬有機(jī)功能配合物的使用溫度范圍。因此，無(wú)水金 屬有機(jī)鐵電功能配合物的研究成為鐵電功能材料研究的一個(gè)重要方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鐵電特性能更佳，熱穩(wěn)定性更好的無(wú)水酒石 酸鋅鐵電功能材料。
本發(fā)明還提供了上述無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法，該制備方法具有流程 少，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，原料使用廉價(jià)的鋅鹽與酒石酸，無(wú)污染，成本低，易于 產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料，該鐵 電功能材料分子式為[Zn(C4H4O6)]，該鐵電功能材料為能通過(guò)100目篩的純度不低于990/。的白色粉體，該白色粉體的熱溫定性溫度為350°C，該鐵電功能材料的鐵電特征參數(shù)分 別為剩余極化強(qiáng)度2尸r = 0.73 nC.cm-2，矯頑電場(chǎng)2五c = 0.47 kv.cm一1，飽和極化 強(qiáng)度Ps-0.43 nOcm—2。可以看出配合物[Zn(C4H406)2/2]的飽和極化強(qiáng)度要大于羅 息鹽(NaKC4H406.4H20)的飽和極化強(qiáng)度戶s = 0.25 ^C.cnT2。 上述無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法，包括下述步驟
a、 酒石酸溶液的配制將酒石酸溶于去離子水中，配成摩爾濃度為0.01 0.8mol/L 的溶液，并攪拌至完全溶解，得到酒石酸溶液待用；酒石酸可以為L(zhǎng)-(+)-酒石酸，D-(-)-酒石酸，DL-酒石酸。
b、 酒石酸鋅溶液的制備按照鋅離子與酒石酸摩爾比l: 1~3的比例，把固體鋅 鹽逐漸加入至步驟a所配制的酒石酸溶液中，邊加入邊持續(xù)攪拌，攪拌20 40min后， 過(guò)濾除去不溶物，所得濾液即為酒石酸鋅溶液。
c、 無(wú)水酒石酸鋅粉體的制備用酸度調(diào)節(jié)劑將步驟b所得的酒石酸鋅溶液pH值調(diào) 節(jié)為3 7，然在30 65。C的恒溫下攪拌l 3h，抽慮得到白色粉晶，將該白色粉晶置 于70 150。C恒溫箱中脫水5 8h，得到白色粉體，將白色粉體置于瑪瑙研缽中研磨， 通過(guò)100目篩得到具有鐵電性質(zhì)的無(wú)水酒石酸鋅鐵電粉體。在30 65°C的恒溫下攪拌 1 3 h，抽慮得到白色粉晶的方法，也可以用30 50。C的恒溫箱恒溫靜置2 30天， 自然結(jié)晶得到無(wú)色塊狀的酒石酸鋅晶體的方法代替。
用粉末X-射線衍射得到如圖1所示的上述白色粉體的晶相。而后采用差熱一熱重 分析(圖2)證明該無(wú)水酒石酸鋅鐵電粉體可以在室溫至350。C溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定存在。 在步驟a中，所述酒石酸溶液的濃度為O. 1 0.8咖1/L。
在步驟b中，鋅離子與酒石酸摩爾比為l: 2 3;該摩爾比不但能使鋅鹽充分溶解， 又能使得到的酒石酸鋅溶液中溶劑揮發(fā)較快，易使酒石酸鋅溶液達(dá)到飽和及過(guò)飽和。
所述的固體鋅鹽為碳酸鋅(5ZnO2C03，4H20)、堿式碳酸鋅(5ZnO2C0HH20)、氯化 鋅(ZnCl2)、硫酸鋅(ZnSCV7H20)或硝酸鋅(Zn(N03)2'6H20)。
在步驟c中，所述酸度調(diào)節(jié)劑可以是NaOH、 KOH、 Na2C03、 K2C03或氨水溶液， 上述堿性溶液濃度可以為0.1 lmol/L。 pH值范圍在3 7之間為酒石酸脫去兩個(gè)質(zhì)子 的酸度范圍。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于一種無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料，該無(wú)水酒石 酸鋅鐵電功能材料分子式為[Zn(C4H406)]，該鐵電功能材料為能通過(guò)100目篩的純度不 低于99%的白色粉體，該白色粉體的熱溫定性溫度為350。C，該鐵電功能材料的鐵電特 征參數(shù)分別為Ps = 0.43 ^C.cm—2, 2Pr = 0.73 nC'cm—2, 2￡c = 0.47 kv.cm—、由于 其飽和極化強(qiáng)度Ps值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于羅息鹽(NaKC4H406，4H20)的飽和極化強(qiáng)度戶s = 0.25 pOcnT2，該鐵電功能材料具有更顯著的鐵電特性，使該鐵電功能材料使用性質(zhì)較好， 由于其熱溫定性溫度為35(TC，從室溫至350。C溫度內(nèi)該白色粉體都穩(wěn)定存在，提高了該鐵電功能材料的使用范圍，所以本發(fā)明是一種鐵電特性能更佳，熱穩(wěn)定性更好的無(wú)水酒 石酸鋅鐵電功能材料。
本發(fā)明的方法采用價(jià)格低廉的可溶性鋅鹽，與酒石酸采用配位化學(xué)的軟合成方法合 成高純度的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料，該方法通過(guò)控制物料的濃度和配比、反應(yīng)物的 加入速度、攪拌時(shí)間、反應(yīng)體系溫度，以及溶液的pH控制等條件，實(shí)現(xiàn)無(wú)水酒石酸鋅前
期產(chǎn)物的成核與生長(zhǎng)過(guò)程，再進(jìn)一步進(jìn)行脫水處理，得到了上述純度較高、性能好的無(wú) 水酒石酸鋅鐵電粉體，本發(fā)明的方法具有流程少，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，原料使用 廉價(jià)的鋅鹽與酒石酸，無(wú)污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為本發(fā)明的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的粉末X-射線衍射圖2為本發(fā)明的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的差熱-熱重曲線圖，其中Weight:重
量，TG:熱重，DTA:差熱，Temperature:溫度；
圖3為本發(fā)明的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的電滯回線圖，其中Polarization:極化
強(qiáng)度；Applied Field:場(chǎng)強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實(shí)施例l
稱取0.02 mol L"(+)-酒石酸(C4H606)溶解在lOOmL去離子水中，配制成濃度為 0.2 mol/L的溶液待用；按照鋅離子與L《+)"酒石酸摩爾比1: 2的比例稱取硝酸鋅 (Zn(N03>6H20)，邊攪拌邊緩慢地將硝酸鋅加入至配制好的L《+)"酒石酸溶液中，攪拌 30min后，硝酸鋅也加入完畢且充分溶解，過(guò)濾除去不溶物，所得濾液即為酒石酸鋅溶 液，然后用0.5mol/L的氨水溶液調(diào)節(jié)濾液的pH:4.0,濾液在50°C恒溫下攪拌3h，抽 濾，得到白色粉晶；將晶體置于80°C烘箱內(nèi)脫水8小時(shí)，得到白色粉體，將其置于瑪 瑙研缽中研磨，通過(guò)IOO目篩得到具有鐵電性質(zhì)的無(wú)水酒石酸鋅鐵電粉體。
實(shí)施例2
稱取0.06mol酒石酸(C4H606)溶解在100 mL去離子水中，配制成濃度為0.6 mol/L 的溶液待用。按照鋅離子與酒石酸摩爾比1: 3的比例稱取硝酸鋅(Zn(N03)2，6H20)， 邊攪拌邊緩慢地將硝酸鋅加入至預(yù)先配置的酒石酸溶液中，攪拌40 min，硝酸鋅也加 入完畢且充分溶解，過(guò)濾除去不溶物，所得濾液即為酒石酸鋅溶液。然后用lmol/L的 NaOH溶液調(diào)節(jié)濾液的pH =6.0，濾液在50°C恒溫下攪拌lh，形成白色濁液，將其冷 卻至室溫并陳化2h后，抽濾，得到白色粉晶，過(guò)濾除去不溶物，所得濾液即為酒石酸 鋅溶液。將其置于120。C烘箱內(nèi)脫水6小時(shí)，得到白色粉體，經(jīng)研磨后過(guò)100目篩，得 到純度不低于99n/o白色的[Zn(C4H406)]鐵電粉體。上述實(shí)施例得到的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料其分子式為[Zn (C4H406)]，為純度不 低于99%的白色粉體，熱溫定性溫度為350°C，該鐵電功能材料的鐵電性能參數(shù)分別為 尸s = 0.43 iaOcm一2， 2尸r = 0.73 nC'cm-2， 2￡c = 0.47 kv.cm-1。
對(duì)上述實(shí)施例得到的無(wú)水酒石酸鋅鐵電粉體進(jìn)行粉末X-射線衍射，得到如圖l所 示該無(wú)水酒石酸鋅鐵電粉體的晶相。
對(duì)上述實(shí)施例得到的無(wú)水酒石酸鋅鐵電粉體進(jìn)行差熱-熱重測(cè)定，得到如圖2所示 的差熱-熱重曲線圖，從圖2中可以看出該無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料可以在室溫至 350°C的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定存在。
測(cè)定上述實(shí)施例得到的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的粉體的鐵電特性，得到如圖3 所示的電滯回線圖，從圖3中可以看出其鐵電性能特征參數(shù)分別為:尸8 = 0.43 pOcnT2， 2Pr = 0.73 pOcm—2， 2五c = 0.47 kv'cnT1。說(shuō)明具有顯著的鐵電特性，且尸s值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于羅息鹽的Ps值0.25//Ocm—2，其鐵電性更佳。
權(quán)利要求
1、無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料，其特征在于該無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料分子式為[Zn(C4H4O6)]，該鐵電功能材料為能通過(guò)100目篩的純度不低于99％的白色粉體，該白色粉體的熱溫定性溫度為350℃，該鐵電功能材料的鐵電特征參數(shù)分別為Ps＝0.43μC·cm-2，2Pr＝0.73μC·cm-2，2Ec＝0.47kv·cm-1。
2、 權(quán)利要求1所述的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟a、 酒石酸溶液的配制將酒石酸溶于去離子水中，配成摩爾濃度為0.01 0.8mol/L的溶液，并攪拌至完全溶解，得到酒石酸溶液待用；b、 酒石酸鋅溶液的制備按照鋅離子與酒石酸摩爾比l: 1 3的比例，把固體鋅鹽逐漸加入至步驟a所配制的酒石酸溶液中，邊加入邊持續(xù)攪拌，攪拌20 40min,過(guò)濾除去微量不溶物，所得濾液即為酒石酸鋅溶液；c、 無(wú)水酒石酸鋅粉體的制備用酸度調(diào)節(jié)劑將步驟b所得的酒石酸鋅溶液pH值調(diào)節(jié)為3 7，然在30 65。C的恒溫下攪拌l 3h，抽慮得到白色粉晶，將該白色粉晶置于70 150。C恒溫箱中脫水5 8h,得到白色粉體，將白色粉體置于瑪瑙研缽中研磨，通過(guò)100目篩得到具有鐵電性質(zhì)的無(wú)水酒石酸鋅鐵電粉體。
3、 如權(quán)利要求2所述的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法，其特征在于在步驟a中，所述酒石酸溶液的濃度為O. 1 0.8mol/L。
4、 如權(quán)利要求2所述的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法，其特征在于在步驟b中，鋅離子與酒石酸摩爾比為1: 2 3。
5、 如權(quán)利要求2所述的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法，其特征在于在步驟b中，所述固體鋅鹽為碳酸鋅、堿式碳酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅或硝酸鋅。
6、 如權(quán)利要求2所述的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法，其特征在于在步驟c中所述酸度調(diào)節(jié)劑為NaOH、 KOH、 Na2C03、 &(:03或氨水溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料，該無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料分子式為[Zn(C<sub>4</sub>H<sub>4</sub>O<sub>6</sub>)]，該鐵電功能材料為能通過(guò)100目篩的純度不低于99％的白色粉體，該白色粉體的熱溫定性溫度為350℃，該鐵電功能材料的鐵電性能參數(shù)分別為Ps＝0.43μC·cm<sup>-2</sup>，2Pr＝0.73μC·cm<sup>-2</sup>，2Ec＝0.47kv·cm<sup>-1</sup>；所以是一種鐵電特性能更佳，熱穩(wěn)定性更好的無(wú)水酒石酸鋅鐵電功能材料；本發(fā)明還公開(kāi)了該鐵電功能材料的制備方法，該方法通過(guò)控制物料的濃度和配比、反應(yīng)物的加入速度、攪拌時(shí)間、反應(yīng)體系溫度，以及溶液的pH控制等條件，實(shí)現(xiàn)無(wú)水酒石酸鋅前期產(chǎn)物的成核與生長(zhǎng)過(guò)程，再進(jìn)一步進(jìn)行脫水處理，得到了上述純度較高、性能好的無(wú)水酒石酸鋅鐵電粉體。
文檔編號(hào)C07C59/255GK101654408SQ20091010079
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者文 劉, 林建利, 偉 許, 鄭岳青 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)