磺酸有机分子构建的介电、铁电化合物

Ferroelectric compound is a class of functional materials with a variety of technical applications in ferroelectric random access memories and fast displays in electronic equipments, ferroelectric field-effect transistors, infrared detectors, piezoelectric sensors, nonlinear optical devices. Recently, the study of ferroelectric material is one of the most active areas of materials research in innovative and high technology. However, rational design and construction of ferroelectric compounds is still a big challenge for the researchers. Based on our preliminary research experiences in compounds with dielectric and ferroelectric properties, and due to the sulfonate group with high symmetry commonly shows structural disordered and can form extensive hydrogen bonds within compound, the construction of the ferroelectric organic compounds and metal-organic coordination compounds based on the organosulfonate is proposed. Crystal structures, dielectric and ferroelectric, and the second-order nonlinear optical properties of these compounds will be studied. The induction of the paraelectric-to-ferroelectric phase transition of the compound by the disorder-to-order transition of the sulfonate group will be investigated.The symmetry elements of the space groups of the compounds in paraelectric and ferroelectric phases will be studied. The relationships between the ordered alignment of the protons in the hydrogen bonds in crystal packing and spontaneous electric polarization of the compound will be studied in detail.The origin of the spontaneous electric polarization of the ferroelectric compound will be investigated.Some compounds with promising ferroelectric properties will be isolated successfully in this project. Some experimental foundation for ferroelectric compound can be obtained. Detailed and accurate experimental experiences about ferroelectric materials can be provided for the boost of the ferroelectric theroy.

铁电化合物是一类具有广泛应用前景的功能材料，可用于制作铁电存储和显示器件、铁电场效应晶体管、红外探测器、压电传感器和非线性光学器件等。近年来，铁电材料的研究已经成了高新技术研究的前沿和热点之一，但合理地构建铁电化合物仍然是科研工作者面临的一个挑战。基于申请人在介电、铁电化合物研究领域已经取得的初步研究结果，根据磺酸基团高对称性的结构易无序且易形成氢键的特点，本项目提出用磺酸有机分子来构建有机铁电化合物；同时以磺酸有机分子为配体与金属离子配位形成铁电配合物。对化合物的晶体结构和介电、铁电和二阶非线性光学等性能进行研究。研究磺酸基有序-无序畸变诱导的化合物结构相变。分析化合物铁电相变前后所属空间群所包含的对称元素的变化。研究化合物中氢键上的质子有序化与自发极化之间的关系；研究自发极化的产生机制。合成出一些铁电化合物，为铁电材料的研究提供一定的实验基础和铁电理论的发展提供翔实的实验依据。

铁电化合物具有优良的铁电、介电、热释电及二阶非线性光学等性能，因此它在铁电存储器和热释电探测器等固态器件方面有着重要的应用价值。本项目提出用磺酸有机分子来构建铁电化合物，研究磺酸基有序-无序畸变诱导的铁电化合物结构相变。在四年的执行期，利用含磺酸的有机配体与有机碱来合成化合物，如用5-磺酸基水杨酸，3-氨基-4-羟基苯磺酸，4-氨基苯磺酸，2，4-二硝基苯磺酸以及樟脑磺酸等配体与哌嗪、胍、三乙烯二胺等有机碱或冠醚反应得到二组分的化合物。这些化合物的晶体结构得到了X-射线衍射数据的证实，并对部分可能呈现相变的化合物进行了变温介电的测试，发现大多数的化合物没有呈现出相变，这可能是由于磺酸基有序-无序态的能级差太小的缘故。一些非心结构的化合物表现出较强的二阶非线性光学效应。在18-冠-6与极性分子4-甲巯基苯胺构成的二组分化合物体系中，发现个别化合物在变温介电测试中呈现了相变。另外，项目合成了一些新颖的磺酸-羧酸配体如3,3'-二磺酸-4,4'-联苯二甲酸和3,3'-二磺酸-4,4'-二甲酸二苯甲酮等，对这些配体与金属离子合成的配合物进行了研究，测试其介电等性能。最后，项目还支持了一些羧酸配体构筑的配合物的研究，并对上述两类配合物的气体吸附分离、荧光传感、磁性、质子传导和有机染料分离等性能进行了研究。某些材料呈现出荧光传感金属离子的特性，某些材料具有较好的低碳烷烃气体分离的效果，某些材料能有效水相分离有机染料分子。总之，项目取得了一些有特色的成果。.项目发表了SCI科研论文26篇，部分工作发表在本领域的权威期刊上，如Inorganic Chemistry（5篇），Inorganic Chemistry Frontiers（1篇）和Dalton Transactions（1篇）；论文他引总次数为104，单篇最高被引次数为29，说明项目成果形成了一定的学术影响力。申请专利1项，培养了6名硕士研究生。项目主持人在项目执行期间获得了江西省自然科学二等奖。