[发明专利]水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁电功能材料，具体涉及水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料及制备方法。

背景技术

铁电功能材料具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性，可用于制作铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、光波导介质移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。这些元器件在航空航天、通信、家电、国防等领域具有广泛的应用前景。从晶体学角度，只有1(C₁)，m(C_s)，2(C₂)，2m(C_2v)，3(C₃)，3m(C_3v)，4(C₄)，4m(C_4v)，6(C₆)，6m(C_6v)的10种极性点群符合铁电功能材料的要求。最早的铁电效应是在1920年由法国人Valasek在罗谢尔盐中发现的，这一发现揭开了研究铁电材料的序幕。在1935年Busch发现了磷酸二氢钾KH₂PO₄–简称KDP，其相对介电常数高达30，远远高于当时的其它材料。20世纪80年代中期，薄膜制备技术的突破为制备高质量的铁电薄膜扫清了障碍，并且近年来随着对器件微型化、功能集成化、可靠性等要求的不断提高，传统的铁电块体由于尺寸限制已经不能满足微电子器件的要求。从目前的研究现状来看,对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段。金属有机配位化学的发展为新型功能材料的设计和开发提供了崭新的思路，并大大推动了材料科学的发展，其主要策略在于通过选择合适的金属离子与有机配体，借助金属离子与有机配体之间的配位键合作用，来实现新颖功能材料的设计和构筑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铁电特性优异，饱和极化强度Ps值为0.4117μC·cm^-2的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料。本发明还提供了该铁电功能材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料，其分子式为[Mn(bpe)(H₂O)₂(SO₄)]·H₂O，其中bpe为分子式为C1₂H₁₀N₂的1,2-二(4-吡啶基)乙烯，该铁电功能材料为纯度不低于99%的黄色粉体，空间群结构为C₂，其铁电特征参数分别为：剩余极化强度2Pr=0.5779μC·cm^-2，矫顽电场2Ec=18kv·cm^-1，饱和极化强度Ps=0.4117μC·cm^-2，其粉体的晶胞参数为：β=99.14(3)°。

该水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料的制备方法，步骤如下：

a、将硫酸锰溶于体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，制成浓度为0.05～0.125mol/L的硫酸锰溶液待用；

b、按1,2-二(4-吡啶基)乙烯与硫酸锰的摩尔比为1:1的比例，将1,2-二(4-吡啶基)乙烯加入到上述硫酸锰溶液中，搅拌下制成白色浊液，再搅拌下滴加浓度为1M的H₂SO₄溶液至白色浊液变为黄色浊液，静置至沉淀完毕，得水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀；滴加H₂SO₄溶液，使pH呈酸性，利于得到黄色的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀；

c、按硫酸锰与甲醇溶液的摩尔体积比1mmol：8mL的比例，将水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀加入到温度为60～90°C，体积百分浓度为50%的甲醇溶液中，冷却至室温，静置溶液至黄色晶体析出完毕，得到水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰晶体，置于玛瑙研钵中研磨成通过100目筛的粉体，得到纯度不低于99%的水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰铁电功能材料。60～90°C的甲醇溶液，使水合1,2-二(4-吡啶基)乙烯硫酸锰沉淀溶解后，50%的甲醇溶液下，其成核与生长结晶好，结晶纯度高。