專利名稱：水合d-酒石酸硫酸釹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，具體涉及水合D-酒石酸硫酸釹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(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
0.307 μ C.Cm _2的水合D-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(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:水合D-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料，其分子式為[Nd2(H2O)2(D-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，為C2極性點(diǎn)群結(jié)構(gòu)，其鐵電特征參數(shù)分別為:剩余極化強(qiáng)度2Pr=0.04 μ C.cnT2,矯頑電場(chǎng) 2Ec=12.6kv.cnT \ 飽和極化強(qiáng)度 Ps=0.282 μ C.cnT2,其粉
體的晶胞參數(shù)為 4 = 21.759(4) A, Λ = 7.621(2) A, c.= 6.135(1) A, ￠=91.46(3)°。該水合D-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D-酒石酸的摩爾比為1:1 4的比例，將三氧化二釹和D-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為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(yīng)釜中，攪拌均勻后密封不銹鋼反應(yīng)釜，在120 200° C溫度范圍內(nèi)下恒溫反應(yīng)I 10天；b、反應(yīng)完畢后，讓不銹鋼反應(yīng)釜以I 5° C/h降溫方式冷卻至室溫，得到淡紫色的水合D-酒石酸硫酸釹片狀晶體，對(duì)水合D-酒石酸硫酸釹片狀晶體進(jìn)行研磨，用100目篩篩選，得到通過100目篩的淡紫色的水合D-酒石酸硫酸釹單斜晶系粉體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于水合D-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料，其分子式為[Nd2(H2O)2(D-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(diǎn)群結(jié)構(gòu)，其鐵電特征參數(shù)分別為:剩余極化強(qiáng)度2Pr=0.04μ C.cm_2，矯頑電場(chǎng)2Ec=12.6kv.cnf S飽和極化強(qiáng)度Ps=0.282 μ C.cnf2，其粉體的晶胞參數(shù)為:a = 21.759(4) A, / = 7.621(2) A, c = 6.135(1) Α, β =91.46 (3)。；該鐵電功能材料飽和極
化強(qiáng)度是羅息鹽的1.13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(jìn)行三氧化二釹與D-酒石酸的溶劑熱反應(yīng)，再加硫酸溶液在反應(yīng)釜中進(jìn)行成核與生長(zhǎng)為水合D-酒石酸硫酸釹，具有流程少，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，無污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為水合D-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的分子結(jié)構(gòu)圖；圖2為水合D-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(duì)比圖；圖3為水合D-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料的TG - DTA曲線圖；圖4為水合D-酒石酸硫酸釹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)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1稱取0.5mmol三氧化二釹和2.0mmolD-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D-酒石酸完全溶解；再滴加濃度為IM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(yīng)釜中，攪拌均勻后密封不銹鋼反應(yīng)釜，在150° C溫度范圍內(nèi)下恒溫反應(yīng)3天；反應(yīng)完畢后，讓不銹鋼反應(yīng)釜以I 5° C/h降溫方式冷卻至室溫，得到淡紫色的水合D-酒石酸硫酸釹片狀晶體，對(duì)水合D-酒石酸硫酸釹片狀晶體進(jìn)行研磨，用100目篩篩選，得到通過100目篩的淡紫色的水合D-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(qiáng)度Ps=0.282 μ C.cm_2，說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D-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(yīng)釜反應(yīng)溫度為120° C，恒溫反應(yīng)時(shí)間為10天。實(shí)施例3與實(shí)施例1基本相同，所不同的只是D-酒石酸為1.0mmol，硫酸溶液0.4mL，不銹鋼反應(yīng)釜反應(yīng)溫度為200° C，恒溫反應(yīng)時(shí)間為I天。
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所示水合D-酒石酸硫酸釹的結(jié)構(gòu)圖。采用Bruker D8Focus粉末衍射儀2 Θ角度范圍為5-50°，以8° /min的掃描速度對(duì)上述實(shí)施例得到的水合D-酒石酸硫酸釹鐵電粉體進(jìn)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(duì)比，如圖2所示。
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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)定圖3所示的晶體的TG - DTA曲線。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)，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=0.04μ0 cm_2，2Ec=12.6kv.cnf1，Ps=0.282 μ C.cnf2。且飽和極化率值是羅息鹽值 0.25 μ C.cnf2 的
1.13倍，說明具有優(yōu)異的鐵電特性。
權(quán)利要求
1.水合D-酒石酸硫酸釹鐵電功能材料，其特征在于分子式為[Nd2(H20)2(D-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(diǎn)群結(jié)構(gòu)，其鐵電特征參數(shù)分別為:剩余極化強(qiáng)度2Pr=0.04μ0 cm_2，矯頑電場(chǎng)2Ec=12.6kv.cnf1，飽和極化強(qiáng)度Ps=0.282 μ C.cm_2，其粉體的晶胞參數(shù)為: / = 21.759(4) A, ,6 = 7.621(2) A, c = 6.135(l) Α, β =91.46(3)。。
2.權(quán)利要求1所述的水合D-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D-酒石酸的摩爾比為1:1 4的比例，將三氧化二釹和D-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為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(yīng)釜中，攪拌均勻后密封不銹鋼反應(yīng)釜，在120 200° C溫度范圍內(nèi)下恒溫反應(yīng)I 10天； b、反應(yīng)完畢后，讓不銹鋼反應(yīng)釜以I 5° C/h降溫方式冷卻至室溫，得到水合D-酒石酸硫酸釹片狀晶體，對(duì)水合D-酒石酸硫酸釹片狀晶體進(jìn)行研磨，用100目篩篩選，得到通過100目篩的淡紫色的水合 D-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D-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(D-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(qiáng)度2Pr=0.04μC·cm–2，矯頑電場(chǎng)2Ec=12.6kv·cm–1，飽和極化強(qiáng)度Ps=0.282μC·cm–2；該鐵電功能材料飽和極化強(qiáng)度是羅息鹽的1.13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(jìn)行三氧化二釹與D-酒石酸的溶劑熱反應(yīng)，再加硫酸溶液在反應(yīng)釜中進(jìn)行成核與生長(zhǎng)為水合D-酒石酸硫酸釹，具有流程少，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，無污染，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C07F5/00GK103113395SQ201310065380
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:寧波大學(xué)