[发明专利]一种杂化有机-无机金属类卤化物压电体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种杂化有机‑无机金属类卤化物压电体材料及其制备方法，属于功能杂化材料技术领域，将物质的量比为1:10:2的氯化锰、硫氢化钠和有机胺的混合物溶于乙腈和去离子水中，室温下超声至溶液逐渐澄清，随后静置于室温环境中挥发溶剂，数天后得到淡黄色块状晶体，再经抽滤、干燥得到杂化有机‑无机晶体，本发明合成的杂化有机‑无机晶体具有压电性质，制备方法简单高效，其产物热稳定性高且环境污染小，为新型杂化有机‑无机材料在传感领域的开发与应用奠定了基础。

技术领域

本发明属于功能杂化材料技术领域，涉及一种杂化有机-无机金属类卤化物压电体材料及其制备方法。

背景技术

压电效应是非对称中心(432点群除外)晶体材料的特征之一，是指外力作用于晶体表面时，晶体表面会产生电荷，外力撤销时，晶体又恢复到不带电状态的现象。而当对压电晶体施加交变电场时，会使压电材料在一定方向上产生机械应力或形变，外加电场撤销后，这些应力或形变会随之消失，这种由电能转换为机械能的现象称为逆压电效应。压电材料被广泛用于压电传感、能量收集和滤波换能器等领域。其中最重要的是压电材料同时具有正压电效应和逆压电效应。逆压电效应是很多电子技术的核心，在电视机电路、手机射频前端模块和电脑主板中有潜在的应用价值。一种新型压电材料的设计与合成对其实现基础研究和实际应用都具有重要意义。

压电材料主要分为无机材料、高分子材料和杂化有机-无机材料这三类。无机压电材料主要包括石英、钽酸锂以及钛酸钡、锆钛酸铅等钙钛矿型氧化物，其压电性能优越、稳定，介电常数高，因此在滤波器、超声换能器以及压电传感器等领域应用广泛。高分子压电材料主要包括聚偏氯乙烯(PVDF)及其共聚物。这类压电材料具有易加工、低密度、低声阻抗以及较高压电电压常数等优点，因此在水声换能器、超声换能器以及压力传感器等方面获得广泛应用。杂化有机-无机压电材料主要包括杂化有机-无机钙钛矿和金属-有机框架等，具有合成简单、质量轻、声阻抗低和生物相容性好等优点。有些杂化有机-无机压电材料具有可以和压电陶瓷相媲美的压电性能，因此在纳米能源转化和柔性可穿戴器件等领域具有巨大应用潜力。

杂化有机-无机压电体材料在机-电转换、声波探测以及声检测等领域有着巨大应用潜力而引起了人们的广泛关注。在2019年，研究人员Xiong等发现分子固溶体(TMFM)_x(TMCM)_1-x-CdCl₃具有较大d₃₃值为1540pC/N，此外，研究人员还发现二维钙钛矿材料(ATHP)₂PbBr₄具有较大的g₃₃值，为660.3×10^-3Vm/N，这些值远远高于现有的商用压电材料，像PZT-5H(d₃₃＝593pC/N)和PVDF(g₃₃＝286.7×10^-3Vm/N)。目前，杂化有机-无机压电材料-高聚物复合膜的压电特性在柔性电池领域内有很好的发展空间，并且该性质往往伴随着其它一些重要的性质，如力学性能优异、稳定性好、可塑性强和高弹性等。

因此，如何选择有机胺配体为原料合成一种新型的非中心对称的杂化有机-无机压电体材料，拓展该材料在压电领域内的应用，是新功能材料领域面临的重大挑战之一。

发明内容

本发明目的是解决现有技术存在的上述问题，提供一种杂化有机-无机金属类卤化物压电体材料及其合成方法。本发明利用有机胺配体为原料合成具有压电信号的晶体。该反应不需要在高温高压下进行，对实验设备要求低，常温环境下挥发溶剂晶体就能生长，是一种绿色环保，操作简单的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种杂化有机-无机金属类卤化物压电体材料，所述杂化有机-无机金属类卤化物压电体材料是利用有机胺配体为原料合成的具有压电信号的晶体，名称为1-甲基-4，4联吡啶硫氰化锰，化学式为[Me-V]SCN-Mn，结构式如图2所示。