專利名稱：水合l-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)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制備方法。
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，可用于制作鐵電存儲器、熱釋電紅外探測器、空間光調(diào)制器、光波導介質(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(fā)現(xiàn)的，這一發(fā)現(xiàn)揭開了研究鐵電材料的序幕。在1935年Busch發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀KH2PO4 -簡稱KDP，其相對介電常數(shù)高達30，遠遠高于當時的其它材料。20世紀80年代中期，薄膜制備技術的突破為制備高質(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(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)狀來看，對于具有高性能的鐵電材料的研究和開發(fā)應用仍然處于發(fā)展階段。金屬有機配位化學的發(fā)展為新型功能材料的設計和開發(fā)提供了嶄新的思路，并大大推動了材料科學的發(fā)展，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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)明還提供了該鐵電功能材料的制備方法。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為: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于99%的單斜晶系粉體，極性點群結(jié)構為C2點群，其鐵電特征參數(shù)分別為:剩余極化強度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(shù)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制備方法，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-酒石酸溶于體積百分濃度為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，然后置于聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜中，攪拌均勻后密封不銹鋼反應釜，在120 200°C溫度范圍內(nèi)恒溫反應I 10天；b、反應完畢后，讓不銹鋼反應釜以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(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于水合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于99%的單斜晶系粉體，為C2極性點群結(jié)構，其鐵電特征參數(shù)分別為:剩余極化強度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(shù)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(yōu)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，無污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點。


圖1為水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的分子結(jié)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(jié)合附圖實施例對本發(fā)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,溶于由16mL去離子水與2mL乙醇配制的溶劑中，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，然后置于聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜中，攪拌均勻后密封不銹鋼反應釜，在150°C反應溫度下恒溫反應3天；反應完畢后，讓不銹鋼反應釜以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，純度不低于99%。該鐵電功能材料的TG-DTA曲線圖如圖3所示，說明熱穩(wěn)定性好。該鐵電功能材料的電滯回線圖如圖4所示，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，溶于由17mL去離子水與3mL乙醇配制的溶劑中，硫酸溶液0.6mL，不銹鋼反應釜內(nèi)，反應溫度為120°C，恒溫反應時間為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，不銹鋼反應爸內(nèi)，反應溫度為200°C,恒溫反應時間為I天。
采用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(jié)構圖。采用fcuker D 8 Focus粉末衍射儀2 Θ角度范圍為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)，并與單晶模擬PXRD圖對比，如圖2所示。采用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。電滯回線圖采用美國立頓公司鐵電材料測試系統(tǒng)Premier II測試。即樣品粉末壓片，雙面涂銀膠，自然晾干，然后測量電滯回線并得到鐵電性能參數(shù)，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征參數(shù)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(yōu)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，其特征在于分子式為[Nd2 (H2O) 2 (L-C4H4O6) 2S04].4H20,該鐵電功能材料為純度不低于99%的單斜晶系粉體，為C2極性點群結(jié)構，其鐵電特征參數(shù)分別為:剩余極化強度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(shù)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制備方法，其特征在于步驟如下: 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-酒石酸溶于體積百分濃度為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，然后置于聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜中，攪拌均勻后密封不銹鋼反應爸，在120 200°C溫度范圍內(nèi)恒溫反應I 10天； b、反應完畢后，不銹鋼反應釜以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(fā)明公開了水合L-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料及制備方法，其分子式為[Nd2(H2O)2(L-C4H4O6)2(SO4)]·4H2O，該鐵電功能材料的鐵電特征參數(shù)分別為剩余極化強度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(yōu)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，無污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)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(yōu)先權日2013年3月1日
發(fā)明者戚金麗, 鄭岳青, 虞曉科, 常海圣, 許偉, 朱紅林, 林建利 申請人:寧波大學