具有磁电效应的配位聚合物的合成与性能表征

Magnetoelectric coupling effect is important in many applications, such as energy conversion, signal transducers, magnetic flux test and so on. It faces great challenge in the synthesis of magnetoelectric materials owing to the contradictory design principle of magnetic order and electric order. Coordination polymers with diversities construction moduels (metal ions and organic ligands) could realize controlling the properties and functions through selecting proper construction moduels and linking modes. This project intends to couple magnetic order and electric order together through regulating the guest molecules (guest molecules in MOFS or counterions). The present proposal is helpful to reveal the mechanism of magnetoelectric coupling effect and expand its application.

磁电效应在转换能量、信号传感、磁场检测、多态内存、电控铁磁共振、磁调制压电传感器等方面有着重要的应用。由于磁有序与电有序结构设计的矛盾合成具有磁电效应的材料目前还存在很大的挑战。配位聚合物材料由于其构筑模块（金属离子，有机配体）的多样性，因而可以通过选择合适的构筑模块，调控其连接方式，实现性质功能的调控。本研究拟利用通过调控客体分子（孔道中的客体溶剂分子或抗衡离子）跟主体协同作用进而实现磁极化与电极化的耦合。通过本课题的开展，合成出具有磁电效应的配位聚合物，揭示其结构与性能主之间的关系，为今后合理设计与合成具有磁电效应的配位聚合物提供实验指导。开发出磁电相互调控的磁电材料，拓展其应用。

磁电效应在转换能量、信号传感、磁场检测、多态内存、电控铁磁共振、磁调制压电传感器等方面有着重要的应用。由于磁有序与电有序结构设计的矛盾合成具有磁电效应的材料目前还存在很大的挑战。配位聚合物材料由于其构筑模块（金属离子，有机配体）的多样性，因而可以通过选择合适的构筑模块，调控其连接方式，实现性质功能的调控。在本项目中，以HCOO-，C2O42-, N3-, CN-, [N(CN)2]-等配体设计合成了一系列的变价同金属和变价混金属的配位聚合物。利用变价金属间的电荷差异设计出电极化，而金属间的电荷转移则可以设计成可翻转的电极化，形成电子铁电体，进而实现磁自旋极化与电极化同时负载在金属离子上，增强磁电耦合，调控磁电温区到近室温。在化合物[NH2(CH3)2]n[FeIIIFeII(HCOO)6]n基于亚晶格缺陷实现磁电同源，在多铁态获得较大的本征磁电耦合效应。通过金属离子掺杂得到化合物[NH2(CH3)2]n[FeIIIFeII(1-x)NiIIx(HCOO)6]n (x ≈ 0.63-0.69)，在该化合物中实现，到目前为止，这是第一例室温低场磁介电MOF材料。并且该系列化合物具有比较高的介电调谐系数。在变价三核铁的化合物[Fe3O(CH3COO)6(py)3](py) (py = pyridine)中，利用自旋阻挫和电荷阻挫促使化合物从顺电态到铁电相的转变，该促使其具有磁电耦合。为获得室温磁电耦合材料，首次利用分子基铁电体构筑了磁电复合材料，在共振频率39 kHz下，其室温磁电系数在275 Oe直流磁场下可达到186 mV m-1 Oe-1。并利用固溶体策略构筑了压电性能更好的铁电体[N(CH3)4][GaBrCl3]，并将Metglas与其复合构筑了Metglas/[N(CH3)4][GaBrCl3]磁电复合物，其室温磁电系数在共振频率下提升至8.74 V cm-1 Oe-1。通过本课题的开展，探索合成出系列具有磁电效应化合物，揭示了其结构与性能之间的关系，为今后合理设计与合成具有磁电效应的配位聚合物提供实验指导。