亚洲狠狠干,亚洲国产福利精品一区二区,国产八区,激情文学亚洲色图

酒石酸鋅鐵電功能材料及其制備方法

文檔序號:8200612閱讀:488來源:國知局
專利名稱:酒石酸鋅鐵電功能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鐵電功能材料,具體涉及酒石酸鋅鐵電功能材料及其制備方法。
背景技術(shù)
鐵電功能材料(鐵電體)是指其晶體結(jié)構(gòu)在不加外電場時就具有自發(fā)極化現(xiàn)象,其 自發(fā)極化的方向能夠被外加電場反轉(zhuǎn)或重新定向,鐵電功能材料的空間群結(jié)構(gòu)是下述極 性點(diǎn)群的其中之一Q, Cs, C2, C2v, C3, C3v, C4, C4v, C6, C6v,它是熱釋電材料的 一個分支。由于鐵電材料具有優(yōu)良的鐵電、介電、熱釋電及壓電等特性,它們在鐵電存 儲器、紅外探測器、聲表面波和集成光電器件等現(xiàn)代電子技術(shù)、光電子技術(shù)和微機(jī)械技 術(shù)等固態(tài)器件方面有著非常重要的應(yīng)用,鐵電材料及其應(yīng)用研究已成為凝聚態(tài)物理、固 體電子學(xué)領(lǐng)域最熱門的研究課題之一。
早在18到19世紀(jì),科學(xué)家就對材料的鐵電性進(jìn)行研究,其中以1880年J. Curie 與P. Curie最具代表性。最早獲得使用的鐵電材料是羅息鹽(酒石酸鉀鈉),1894年 Pockels報道了羅息鹽具有異常大的壓電常數(shù),1920年法國的Valasek觀察到羅息鹽 晶體(斜方晶系)的鐵電電滯回線;1935年、1942年又發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀(KH2P04) 及其類似晶體中的鐵電性與鈦酸鋇(BaTi03)陶瓷的鐵電性。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(yīng)用仍然處于發(fā)展階段,因而探索和開發(fā)新穎 鐵電材料、不斷發(fā)展其制備工藝,仍是材料工作者不斷致力的方向之一,如授權(quán)公告號 為CN100429175,公告日為2008年10月29日的發(fā)明專利就公開了一種低溫制備弛豫 基鐵電體鈮鈧酸鉛納米粉末的方法。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 和開發(fā)提供了嶄新的思路,并大大推動了材料科學(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)問題是提供一種酒石酸鋅鐵電功能材料,該鐵電功能材料是 一種具有C2空間群結(jié)構(gòu),飽和極化強(qiáng)度Ps為0.46 pOcm—2,鐵電特性較好的新的鐵電體。
本發(fā)明還提供了上述酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法,該制備方法具有流程少, 工藝簡單,對設(shè)備要求低,原料使用廉價的鋅鹽與酒石酸,無污染,成本低,易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為酒石酸鋅鐵電功能材料,該酒石酸 鋅鐵電功能材料分子式為[Zn(H20)(C4H406)2/2口(H20)],具有C2空間群結(jié)構(gòu),該鐵電功
能材料為能通過100目篩的單斜晶系白色粉體,純度不低于99%,該鐵電功能材料的電 滯2Ec值為24.3 kV.cnT1, 2Pr值為1. 96 nOcm-2, Ps (飽和極化強(qiáng)度)值為0.46 nOcnT2。 該鐵電功能材料的單斜晶系的晶胞參數(shù)為a = 12.849(3) A、 b = 8.7746(18) A、 c = 8.3663(17)A、 p = 114.16(3)。。晶胞參數(shù)為重要結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù),與物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān),
用x-射線衍射儀測定。
上述酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法,包括下述步驟
a、 酒石酸溶液的配制將酒石酸溶于去離子水中,配成摩爾濃度為0.01 0.8mol/L 的溶液,并攪拌至完全溶解,得到酒石酸溶液待用;酒石酸可以為L-(+)-酒石酸,D-(+)-酒石酸,DL-酒石酸。
b、 酒石酸鋅溶液的制備按照鋅離子與酒石酸摩爾比1: 1 5的比例,把固體鋅
鹽逐漸加入至步驟a所配制的酒石酸溶液中,邊持續(xù)攪拌邊加入,攪拌20 40min后, 過濾除去不溶物,所得濾液即為酒石酸鋅溶液。
c、 酒石酸鋅晶體的制備將步驟b所配制的酒石酸鋅溶液置于30 65。C的恒溫箱 中,恒溫靜置2 30天后,得到無色塊狀的酒石酸鋅晶體;晶體的形成包括晶體成核與 晶體生長兩個階段,晶核的形成速率是單位時間在單位體積晶漿或溶液中生成新粒子的 數(shù)目。在過飽和溶液中已有晶核形成或加入晶種后,以過飽和度為推動力,晶核或晶種 不斷長大,這種現(xiàn)象稱為晶體生長。按照晶體生長的擴(kuò)散學(xué)說,晶體生長包括以下三個 步驟(1)待結(jié)晶的溶質(zhì)借擴(kuò)散穿過靠近晶體表面的一個靜止流層,從溶液中轉(zhuǎn)移到 晶體的表面;(2)到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)植入晶面,使晶體增大,同時釋放出結(jié)晶熱;
(3)所釋放出的結(jié)晶熱借傳導(dǎo)返回入溶液中。酒石酸溶于去離子水后,在水溶液中存 在以下離子平衡
<formula>formula see original document page 4</formula>
當(dāng)溶液中的鋅離子與酒石酸根反應(yīng),伴隨著溶劑的揮發(fā),溶液達(dá)到過飽和以后,鋅離子 (Zn2"與酒石酸根離子以及溶液中的水分子相互碰撞發(fā)生如下反應(yīng)
Zn2++C4H4O62-+3H20— (Zn (C4H406) ( H20)) 2H20 由此形成晶核,晶核形成后溶液中的構(gòu)晶離子向晶核表面擴(kuò)散,并沉積在晶核上——晶 核生長;晶核就逐漸長大成晶粒;晶粒進(jìn)一步聚集、定向排列成晶體,如果來不及定向排列則成為非晶粒沉淀。在晶體成核與生長過程,反應(yīng)體系的過飽和度、濃度、pH值、 同離子效應(yīng)、絡(luò)合效應(yīng)、攪拌強(qiáng)度、反應(yīng)物的加入速度,甚至兩種試劑的加入先后順序 都會對其產(chǎn)生影響。
d、酒石酸鋅鐵電粉體的制備將步驟C所制得的晶體,置于瑪瑙研缽中研磨,用 100目篩篩選,通過100目篩的為酒石酸鋅鐵電功能材料的單斜晶系白色粉體。
在步驟a中,按酒石酸與硼酸摩爾比h 0.8 2的比例,在持續(xù)攪拌過程中,將硼 酸逐漸加入到所配制的酒石酸酸溶液中,攪拌25 35 min至硼酸全部溶解待用,在步 驟b中,在攪拌20 40 min后,先用堿液調(diào)節(jié)其PH值為3 8,再過濾除去不溶物; 堿液可以是NaOH、 KOH、 Na2C03、 &0)3或氨水溶液,堿液濃度可以為0.1 lmol/L; 硼酸為晶體構(gòu)型穩(wěn)定劑,使酒石酸根與鋅離子的反應(yīng)體系相對穩(wěn)定,從而獲得可供結(jié)構(gòu) 解析的質(zhì)量更好的單晶體。在PH值太低時,酒石酸不容易脫質(zhì)子,無法與鋅離子發(fā)生 反應(yīng);在PH值太高時,酒石酸鋅容易以沉淀的形式析出。
在步驟b中,鋅離子與酒石酸摩爾比為h 2。
在步驟b中,所述鋅鹽為碳酸鋅(ZnC03)、堿式碳酸鋅(Zri2(OHVC03)、氯化鋅(ZnCl2)、 硫酸鋅(ZnS(V7H20)或硝酸鋅(ZnNOy6H20)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于酒石酸鋅鐵電功能材料,該酒石酸鋅鐵電功能
材料分子式為[Zn(H20)(C4H406)2/2]'2(H20)],具有C2空間群結(jié)構(gòu),該鐵電功能材料為能
通過100目篩的單斜晶系白色粉體,純度不低于99%,該鐵電功能材料的電滯2Ec值為24.3 kV-cm", 2Pr值為1.96pOcm'2, Ps值為0.46 ^Ocm、這樣該酒石酸鋅鐵電功能材料符 合鐵電功能材料的空間群結(jié)構(gòu),且其Ps值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于羅息鹽的Ps值0.25pOcm—2,具有更 顯著的鐵電特性,所以本發(fā)明是一種鐵電特性較好的新的鐵電體。
本發(fā)明的方法采用價格低廉的可溶性鋅鹽,與酒石酸采用配位化學(xué)的軟合成方法合 成高純度的酒石酸鋅鐵電功能材料,該方法通過控制物料的濃度和配比、反應(yīng)物的加入 速度、攪拌強(qiáng)度、晶體成核和生長的溫度,以及晶體構(gòu)型穩(wěn)定劑的應(yīng)用和溶液的pH控制 等條件,實(shí)現(xiàn)酒石酸鋅晶體較好的成核與生長過程,得到了上述純度較高、晶形較好的 單斜晶系的酒石酸鋅鐵電粉體,本發(fā)明的方法具有流程少,工藝簡單,對設(shè)備要求低, 原料使用廉價的鋅鹽與酒石酸,無污染,成本低,易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為酒石酸鋅鐵電功能材料的分子結(jié)構(gòu)示意圖;對稱代碼#1 = 1/2-x,y-l/2,-z、 #2 = -x, +y, -z、 #3 = l/2-x, l/2+y, -z、 #4 = x-1/2, 1/2+y, z; 圖2為酒石酸鋅鐵電功能材料的差熱-熱重曲線圖3為利用本發(fā)明所制得的酒石酸鋅鐵電功能材料的粉體X-射線衍射圖與應(yīng)用丁 酒石酸鋅單晶理論模擬得到的粉體X-射線衍射圖的對比圖; 圖4為酒石酸鋅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)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實(shí)施例1
稱取0.02 mol L-(+)-酒石酸(C4H606)溶解在lOOmL去離子水中,配制成濃度為 0.2 mol/L的溶液待用;按照鋅離子與L-(+)-酒石酸摩爾比1: 2的比例稱取硝酸鋅 (Zn(N03》6H20),邊攪拌邊緩慢地將硝酸鋅加入至配制好的L-(+)-酒石酸溶液中,攪拌 30min后,硝酸鋅也加入完畢且充分溶解,過濾除去不溶物,將濾液置于40。C的恒溫 箱中,靜置10天,得到無色塊狀晶體;將晶體置于瑪瑙研缽中研磨,通過100目篩得 到具有鐵電性質(zhì)的酒石酸鋅鐵電功能材料粉體。
實(shí)施例2
稱取0.02mol L-(+)-酒石酸(C4H606)溶解在100 mL去離子水中,配制成濃度為 0.2mol/L的溶液待用;按照酒石酸與硼酸的摩爾比為1: l的比例稱取硼酸,在持續(xù)攪 拌過程中,將硼酸逐漸加入到所配制的酒石酸溶液中,攪拌30 min至硼酸全部溶解完 畢,靜置待用;再按照鋅離子與酒石酸的摩爾比1: 2的比例稱取硝酸鋅 (Zn(N03》6H20),邊攪拌邊緩慢地將硝酸鋅逐漸加入到上述混合溶液中,攪拌30 min后, 硝酸鋅也加入完畢且充分溶解,用lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)上述溶液的pH-5,過濾 除去不溶物,將所得溶液置于40。C的恒溫箱中。靜置10天,得到無色塊狀晶體,將晶 體置于瑪瑙研缽中研磨,過100目篩得到具有鐵電性質(zhì)的的酒石酸鋅鐵電功能材料粉體。
上述實(shí)施例得到的酒石酸鋅鐵電功能材料粉體的結(jié)構(gòu)如圖1所示,其分子式為 [Zn(H2OXC4H406)2/2],2(H20)],為單斜晶系白色粉體,純度不低于99%,具有Q空間群 結(jié)構(gòu),該鐵電功能材料的電滯2Ec值為24.3 kV'cm—1, 2Pr值為l. 96 pOcm—2, Ps值為 0.46 nC-cm-2
對上述實(shí)施例得到的酒石酸鋅鐵電功能材料粉體進(jìn)行差熱-熱重測定,得到如圖2 所示的差熱-熱重曲線圖,從圖2中可以看出晶體在室溫至80。C溫度范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定存 在。
測定上述實(shí)施例得到的酒石酸鋅鐵電功能材料的粉體X-射線衍射圖并與應(yīng)用丁酒 石酸鋅單晶理論模擬得到的粉體X-射線衍射圖進(jìn)行對比,得到如圖3所示的衍射對比 圖,從圖3中可以看出上述實(shí)施例制備的酒石酸鋅鐵電功能材料的粉體與理論接近,純 度能達(dá)到99%以上。
測定上述實(shí)施例得到的酒石酸鋅鐵電功能材料的粉體的電滯特性,得到如圖4所示 的電滯回線圖,從圖4中可以看出2Ec值為24.3kV'cm—1, 2Pr值為1.96 pOcrrT2, Ps值 為0.46pOcm—2,說明具有顯著的鐵電特性,且Ps值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于羅息鹽的Ps值 0.25pOcm—2,其鐵電性更佳。
權(quán)利要求
1、酒石酸鋅鐵電功能材料,其特征在于該酒石酸鋅鐵電功能材料分子式為[Zn(H2O)(C4H4O6)2/2]·2(H2O)],具有C2空間群結(jié)構(gòu),該鐵電功能材料為能通過100目篩的單斜晶系白色粉體,純度不低于99%,該鐵電功能材料的電滯2Ec值為24.3kV·cm-1,2Pr值為1.96μC·cm-2,Ps值為0.46μC·cm-2。
2、 如權(quán)利要求1所述的鐵電功能材料,其特征在于該鐵電功能材料的單斜晶系的 晶胞參數(shù)為a = 12.849(3) A、 b = 8.7746(18) A、 c = 8.3663(17) A、 (3=114.16(3)。。
3、 權(quán)利要求1所述的酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法,其特征在于包括下述步驟a、 酒石酸溶液的配制將酒石酸溶于去離子水中,配成摩爾濃度為0.01 0.8mol/L 的溶液,并攪拌至完全溶解,得到酒石酸溶液待用;b、 酒石酸鋅溶液的制備按照鋅離子與酒石酸摩爾比1: 1 5的比例,把固體鋅 鹽逐漸加入至步驟a所配制的酒石酸溶液中,邊持續(xù)攪拌邊加入,攪拌20 40min后, 過濾除去不溶物,所得濾液即為酒石酸鋅溶液;c、 酒石酸鋅晶體的制備將步驟b所配制的酒石酸鋅溶液置于30 65。C的恒溫箱 中,恒溫靜置2 30天后,得到無色塊狀的酒石酸鋅晶體;d、 酒石酸鋅鐵電粉體的制備將步驟c所制得的晶體,置于瑪瑙研缽中研磨,用 100目篩篩選,通過100目篩的為酒石酸鋅鐵電功能材料的單斜晶系白色粉體。
4、 如權(quán)利要求3所述的酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法,其特征在于在步驟a 中,按酒石酸與硼酸摩爾比l: 0.8 2的比例,在持續(xù)攪拌過程中,將硼酸逐漸加入到 所配制的酒石酸酸溶液中,攪拌25 35 min至硼酸全部溶解待用,在步驟b中,在攪 拌20 40min后,先用堿液調(diào)節(jié)其PH值為3 8,再過濾除去不溶物。
5、 如權(quán)利要求3所述的酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法,其特征在于在步驟b 中,鋅離子與酒石酸摩爾比為1: 2。
6、 如權(quán)利要求3所述的酒石酸鋅鐵電功能材料的制備方法,其特征在于在步驟b 中,所述鋅鹽為碳酸鋅、堿式碳酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅或硝酸鋅。
全文摘要
本發(fā)明公開了酒石酸鋅鐵電功能材料,該酒石酸鋅鐵電功能材料分子式為[Zn(H<sub>2</sub>O)(C<sub>4</sub>H<sub>4</sub>O<sub>6</sub>)<sub>2/2</sub>]·2(H<sub>2</sub>O)],具有C<sub>2</sub>空間群結(jié)構(gòu),該鐵電功能材料為能通過100目篩的單斜晶系白色粉體,純度不低于99%,該鐵電功能材料的電滯2Ec值為24.3kV·cm<sup>-1</sup>,2Pr值為1.96μC·cm<sup>-2</sup>,Ps值為0.46μC·cm<sup>-2</sup>;這樣該酒石酸鋅鐵電功能材料符合鐵電功能材料的空間群結(jié)構(gòu),且其Ps值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于羅息鹽的Ps值0.25μC·cm<sup>-2</sup>,具有更顯著的鐵電特性,所以本發(fā)明是一種鐵電特性較好的新的鐵電體。
文檔編號C30B7/00GK101550601SQ20091009720
公開日2009年10月7日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者文 劉, 林建利, 偉 許, 謝洪珍, 鄭岳青 申請人:寧波大學(xué)
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點(diǎn)贊!
1