有机胺为模板的金属(II)硫酸盐铁电材料的合成及性质研究

Molecular-based ferroelectrics is one of the current research focus and development trends of ferroelectric materials. In this project, the organic monoamines, diamines or enantiomorphically pure chiral monoamines, diamines were used to prepare ferroelectric divalent metal sulfates with organic ammonium ions as a template by the solution method or hydrothermal method. Their structural phase transition, dielectric and ferroelectric properties of single crystals were studied. The Landau theory can be used to explain the structural phase transition. And ferroelectric phase transition was analysed from structural changes information and symmetry breaking theory. Furthermore, the source and mechanism of the ferroelectric property were deduced from the variable temperature single crystal structural determination. On this basis, the relation and regularity between structure and properties of ferroelectrics will be explored and discussed.

分子基铁电体是当前铁电材料的研究热点和发展趋势之一。本项目以有机单胺、二胺或纯手性的单胺、二胺为模板，通过溶液法或水热合成法制备具有铁电性的有机铵离子为模板的二价金属硫酸盐。研究它们的结构相变、单晶体的介电和铁电性质。应用朗道理论分析化合物的结构相变，并结合结构变化信息和对称性破缺理论分析铁电相变的类型。然后，通过变温单晶结构测试结果推理化合物铁电性的来源和产生机理，深入探讨化合物结构与性能之间的关系和规律性。

按照研究计划开展相关研究工作，取得以下成果。1. 选取柔性1,3-丙二胺为模板与金属硫酸盐反应制备了无序-有序型相变化合物，详细研究了化合物的晶体结构、相变和介电性质，通过高低温晶体结构数据分析阐明了化合物发生结构相变的机理，1,3-丙二胺中C原子的无序-有序转变导致化合物发生结构相变。化合物在相变点附近出现阶梯型的介电异常，可以作为介电可调材料。2. 以柔性长链状1,4-丁二胺为模板制备了有机-无机杂化型金属硫酸盐，研究了化合物的结构相变和介电性质。化合物的相变是由1,4-丁二胺阳离子的两个C原子和一个硫酸根阴离子的无序-有序转变以及1,4-丁二胺阳离子的结构重新取向再定位引起的，通过对称性破缺理论分析了化合物的结构相变及对称元素变化。化合物是介电可调材料。3. 以三乙烯二胺及对甲基-三乙烯二胺为模板制备了金属硫酸盐相变化合物，详细研究了化合物的结构相变和介电性质。化合物的结构相变是由三乙烯二胺阳离子的无序-有序转变造成的。4. 以吡嗪为有机胺与过渡金属硫酸盐反应制备了一维相变化合物，变温X-射线单晶结构证明化合物的相变是由硫酸根阴离子的无序-有序转变及1D [(C4H4N2)Co(H2O)4]n链的变形共同引起，化合物可以作为介电可调材料。5. 以Dabco-CH2-Cl为模板合成了有机-无机杂化型金属氯化物(H2Dabco-CH2-Cl)[MCl4] (M = Co, Zn)，化合物发生了结构相变，具有可调控的介电性质。H2Dabco-CH2-Cl中Cl原子的无序-有序转变导致化合物发生结构相变。6. 以二异丙胺为模板合成了结晶于极性空间群的金属氯化物[C6H16N]2[CdCl4]和[C6H16N]2[MnCl4]，研究了化合物的结构、铁电-铁电相变、介电和铁电性质，并通过变温单晶结构分析阐明了化合物发生结构相变的原因。