專利名稱：D-酒石酸2,2-二吡啶胺鈷鐵電功能材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電功能材料，具體涉及D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料及制備方法。
背景技術(shù)：
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(yīng)、聲光效應(yīng)、光折變效應(yīng)和非線性光學(xué)效應(yīng)等重要特性，可用于制作鐵電存儲(chǔ)器、熱釋電紅外探測(cè)器、空間光調(diào)制器、光波導(dǎo)介質(zhì)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(guó)防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。從晶體學(xué)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(diǎn)群符合鐵電功能材料的要求。最早的鐵電效應(yīng)是在1920年由法國(guó)人Valasek在羅謝爾鹽中發(fā)現(xiàn)的，這ー發(fā)現(xiàn)揭開了研究鐵電材料的序幕。在1935年Busch發(fā)現(xiàn)了磷酸ニ氫鉀KH2PO4 -簡(jiǎn)稱KDP，其相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)30，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)時(shí)的其它材料。20世紀(jì)80年代中期，薄膜制備技術(shù)的突破為制備高質(zhì)量的鐵電薄膜掃清了障礙，并且近年來(lái)隨著對(duì)器件微型化、功能集成化、可靠性等要求的不斷提高，傳統(tǒng)的鐵電塊體由于尺寸限制已經(jīng)不能滿足微電子器件的要求。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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鐵電特性較好，飽和極化強(qiáng)度Ps值為0. 203 ii C cm2的D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料。本發(fā)明還提供了該鐵電功能材料的制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料，其分子式為[Co (dpa) (D-C4H4O6) ]2 8H20，其中dpa為2，2- ニ吡啶胺，2，2- ニ吡啶胺分子式為CltlH9N3，該鐵電功能材料為純度不低于99%的單斜晶系粉體，空間群結(jié)構(gòu)為C2,其鐵電特征參數(shù)分別為剩余極化強(qiáng)度2Pr=0. 05 u C cnT2,矯頑電場(chǎng)2Ec=15. 2kv cnT1,飽和極化強(qiáng)度Ps=0. 249 u C cm2,其粉體的晶胞參數(shù)為:a = 25.862(5)A力=8.7520(18) A,c = 18.586(4)ん￠=120. 87(3)。。酒石酸又稱2，3 - ニ羥基丁ニ酸，是常見的a -羥基ニ酸，它具有兩個(gè)手性碳，具有三種旋光異構(gòu)體，分別為右旋酒石酸(L-酒石酸)，左旋酒石酸(D-酒石酸)，內(nèi)消旋酒石酸，酒石酸鹽具有壓電、鐵電等重要物理性質(zhì)。該D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料的制備方法，步驟如下碳酸鈷的制備按鈷鹽與碳酸鹽的摩爾比1:1 1. 5，將鈷鹽溶于碳酸鹽溶液中，攪拌溶解后，靜置沉淀完畢，離心，得到紫紅色沉淀的碳酸鈷，用水沖洗干凈，所述碳酸鹽溶液的濃度為0.1 lmol/L ;碳酸鹽摩爾量略大于鈷鹽，碳酸鈷沉淀生成較完全。
D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺混合溶液的制備按摩爾體積比為1:1 :20，將D-酒石酸和2，2- ニ吡啶胺溶于體積百分濃度為50%的甲醇溶液中，60°C下攪拌至固體溶解，得到D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺混合溶液備用；D-酒石酸2，2-ニ吡啶胺鈷溶液的制備按鈷鹽與D-酒石酸摩爾比為1:1的比例，將上述碳酸鈷加入到上述D-酒石酸2，2-ニ吡啶胺混合溶液中，邊加入邊持續(xù)攪拌，加入完畢再攪拌10 30min，過(guò)濾除去不溶物，得到D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷溶液；D-酒石酸2，2-ニ吡啶胺鈷鐵電粉體的制備，將上述D-酒石酸2，2_ニ吡啶胺鈷溶液室溫下靜置2 7天，過(guò)濾得到D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷晶體，再將D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷晶體置于瑪瑙研缽中研磨成通過(guò)100目篩的粉體，得到單斜晶系的紅色粉體，該 紅色粉體為D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鐵電功能材料。上述鈷鹽為硝酸鈷或氯化鈷或高氯酸鈷等。上述碳酸鹽為碳酸鈉或碳酸鉀等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料，其分子式為[Co (dpa) (D-C4H4O6)J2 8H20，其中dpa為2，2- ニ吡啶胺，該鐵電功能材料為純度不低于99%的單斜晶系粉體，空間群結(jié)構(gòu)為C2，其鐵電特征參數(shù)分別為剰余極化強(qiáng)度2Pr=0. 05 u C cnT2,矯頑電場(chǎng) 2Ec=15. 2kv cnT1,飽和極化強(qiáng)度 Ps=O. 249 u C cnT2,其粉體的晶胞參數(shù)為a = 25.862(5) A,b= 8.7520(18) k,c = 18.586(4) A, ￠=120. 87(3) ° ;該鐵電功能材料具有較好的鐵電特性。該鐵電功能材料的制方法利用新配制的碳酸鈷與D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺混合溶液反應(yīng)，得到D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷溶液，再析晶，研磨成通過(guò)100目篩的D-酒石酸2，2-ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料粉體，具有流程少，エ藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，原料使用廉價(jià)的鈷鹽與酒石酸，無(wú)污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料的分子結(jié)構(gòu)圖；圖2為D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料的PXRD圖譜與單晶模擬PXRD圖譜的對(duì)比圖；圖3為D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料的TG-DTA曲線圖；圖4為D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷鐵電功能材料的電滯回線圖。
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)ー步詳細(xì)描述。實(shí)施例1將IM的Na2CO3溶于水中配成濃度為lmol/L的Na2CO3溶液，稱取1. Ommol的Co (NO3)2加入到1. OmL的Na2CO3溶液中，攪拌溶解后，靜置沉淀至無(wú)沉淀析出完畢，離心，得到紫紅色沉淀的碳酸鈷，用水沖洗3 5次,沖洗干凈；將1. Ommol的D-酒石酸、1. Ommol的2，2-ニ吡啶胺溶于由IOml甲醇與IOml水配制的甲醇溶液中，60°C攪拌至固體全部溶解，得到D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺混合溶液；將沖洗干凈的碳酸鈷加入到D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺混合溶液中，邊加入邊持續(xù)攪拌，加入完畢再攪拌10 30min，過(guò)濾除去不溶物，得到D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鈷溶液，在室溫下靜置2 7天，晶體析出完全，過(guò)濾得到D-酒石酸2，2-ニ吡啶胺鈷晶體，置于瑪瑙研缽中研磨成通過(guò)100目篩的粉體，得到單斜晶系的紅色粉體，該紅色粉體為D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺鐵電功能材料。該鐵電功能材料的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。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，純度不低于99%。該鐵電功能材料的TG-DTA曲線圖如圖3所示，說(shuō)明熱穩(wěn)定性好。該鐵電功能材料的電滯回線圖如圖4所示，說(shuō)明具有較顯著的鐵電功能特性。實(shí)施例2與實(shí)施例1基本相同，所不同的只是Na2CO3由K2CO3替代，K2CO3溶液的濃度為0. lmol/L, Co (NO3)2由氯化鈷替代，氯化鈷溶于15mL的K2CO3溶液中。實(shí)施例3與實(shí)施例1基本相同，所不同的只是Na2CO3的濃度為0. 5mol/L, Co (NO3)2由高氯酸鈷替代，高氯酸鈷溶于0. 2mL的Na2CO3溶液中。 采用Rigaku R-Axis Rapid單晶衍射儀對(duì)上述實(shí)施例得到的晶體進(jìn)行單晶X-射線衍射，得到如圖1所示D-酒石酸2，2- ニ吡啶胺的結(jié)構(gòu)圖。PXRD圖采用Bruker D8Focus粉末衍射儀在5-50°的2 0角度范圍內(nèi)以6° /min的掃描速度，在室溫下收集該鐵電功能材料樣品的粉末衍射圖譜。TG-DTA曲線圖采用Seiko TG/DTA6300型微分熱分析儀，以a -Al2O3為參比物，在200ml/min的N2氣流保護(hù)，升溫速率為10° C/min的條件下測(cè)定該鐵電功能材料的TG-DTA曲線圖。電滯回線圖采用美國(guó)立頓公司鐵電材料測(cè)試系統(tǒng)Premier II測(cè)試。即樣品粉末壓片，雙面涂銀膠，自然晾干，然后測(cè)量電滯回線并得到鐵電性能參數(shù)。
權(quán)利要求
1.D-酒石酸2，2- 二吡啶胺鈷鐵電功能材料，其特征在于分子式為[Co (dpa)(D-C4H4O6) ]2 ·8Η20，其中dpa為2，2- 二吡啶胺，2，2- 二吡啶胺分子式為CltlH9N3,該鐵電功能材料為純度不低于99%的單斜晶系粉體，空間群結(jié)構(gòu)為C2,其鐵電特征參數(shù)分別為剩余極化強(qiáng)度 2Pr=0. 05 μ C · an2,矯頑電場(chǎng) 2Ec=15. 2kv · cnT1,飽和極化強(qiáng)度 Ps=O. 249 μ C · an2,其粉體的晶胞參數(shù)為￡ = 25.862(5) AA= 8.7520(18)A，c= 18.586⑷ A, β =120. 87(3)°。
2.權(quán)利要求1所述的D-酒石酸2，2-二吡啶胺鈷鐵電功能材料的制備方法，其特征在于步驟如下 a、碳酸鈷的制備按鈷鹽與碳酸鹽的摩爾比1:1 1. 5，將鈷鹽溶于碳酸鹽溶液中，攪拌溶解后，靜置沉淀完畢，離心，得到紫紅色沉淀的碳酸鈷，用水沖洗干凈，所述碳酸鹽溶液的濃度為O.1 lmol/L ； b、D-酒石酸2，2-二吡啶胺混合溶液的制備按D-酒石酸和2，2- 二吡啶胺與甲醇溶液的摩爾體積比為1:1 :20，將D-酒石酸和2，2-二吡啶胺溶于體積百分濃度為50%的甲醇溶液中，60°C下攪拌至固體溶解，得到D-酒石酸2，2- 二吡啶胺混合溶液備用； c、D-酒石酸2，2-二吡啶胺鈷溶液的制備按鈷鹽與D-酒石酸摩爾比為1:1的比例，將上述碳酸鈷加入到上述D-酒石酸2，2- 二吡啶胺混合溶液中，邊加入邊持續(xù)攪拌，加入完畢再攪拌10 30min，過(guò)濾除去不溶物，得到D-酒石酸2，2- 二吡啶胺鈷溶液； d、D-酒石酸2，2-二吡啶胺鈷鐵電粉體的制備，將上述D-酒石酸2，2- 二吡啶胺鈷溶液室溫下靜置2 7天，過(guò)濾得到D-酒石酸2，2- 二吡啶胺鈷晶體，再將D-酒石酸2，2- 二吡啶胺鈷晶體置于瑪瑙研缽中研磨成通過(guò)100目篩的粉體，得到單斜晶系的粉體，該粉體為D-酒石酸2，2- 二吡啶胺鐵電功能材料。
3.如權(quán)利要求2所述的D-酒石酸2，2-二吡啶胺鈷鐵電功能材料的制備方法，其特征在于所述鈷鹽為硝酸鈷或氯化鈷或高氯酸鈷。
4.如權(quán)利要求2所述的D-酒石酸2，2-二吡啶胺鈷鐵電功能材料的制備方法，其特征在于所述碳酸鹽為碳酸鈉或碳酸鉀。
全文摘要
本發(fā)明公開了D-酒石酸2,2-二吡啶胺鈷鐵電功能材料及制備方法，其分子式為[Co(dpa)(D-C4H4O6)]2·8H2O，其中dpa為2,2-二吡啶胺，該鐵電功能材料為純度不低于99%的單斜晶系粉體，空間群結(jié)構(gòu)為C2，其鐵電特征參數(shù)分別為剩余極化強(qiáng)度2Pr=0.05μC·cm-2，矯頑電場(chǎng)2Ec=15.2kv·cm-1，飽和極化強(qiáng)度Ps=0.249μC·cm-2；該鐵電功能材料具有較好的鐵電特性。該鐵電功能材料的制方法利用新配制的碳酸鈷與D-酒石酸2,2-二吡啶胺混合溶液反應(yīng)，得到D-酒石酸2,2-二吡啶胺鈷溶液，再析晶，研磨成通過(guò)100目篩鐵電功能材料粉體，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)的鈷鹽與酒石酸，無(wú)污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C07F15/06GK103012495SQ20121047670
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者鄭岳青, 戚金麗, 虞曉科, 常海圣, 許偉, 朱紅林, 林建利 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)