1. 研究目的与意义
分子运动引起的相变晶体材料具有广泛的应用前景,尤其是介电可调的相变化合物可用于数据通信、信号处理和传感、可擦写的光学数据存储等。这些材料可以显示两个或多个状态间的切换作用。铁电材料具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及光电性、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性,可用于制作各种新型的元器件,如铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、介电移相器、压控滤波器等。相变材料的储热技术的应用,包括建筑节能、现代农业温室、太阳能利用、生物医药制品及食品的冷藏和运输、物理医疗(热疗)、电子设备散热、航天科技、军事红外伪装、电力峰值应用、工业余热储存利用等诸多领域均具有明显的利用价值。
鉴于基于分子的有机无机杂化的铁电材料,在结构的设计上相对容易控制,性能表现不同于简单的无机和有机材料,也不同于掺杂的有机无机材料,具有结构可调性和性能多样性的优势,是当前晶体材料研究的热点方向之一。
2. 课题关键问题和重难点
(1)长晶体是本课题的一个关键问题。晶体生长涉及晶体生长、晶体化学和晶体物理三门学科。想要得到大的、与目标结构一致的单晶体并不容易。这需要我们不断地摸索最佳的结晶方法(如结晶的温度,选择的溶剂等等),这是一个漫长的过程。
(2)晶体结构的解析是一个难点,这是一门从未接触过的课程,需要一段时间的学习才能有所了解。
3. 国内外研究现状(文献综述)
铁电材料是一类重要的功能材料,它具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及光电效应和非线性光学效应等重要特性,可用于制作各种新型的元器件,如铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、介电移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。这些元器件在航空航天、通信、家电、国防等领域具有广泛的应用前景。
最早的铁电效应是在1921年由法国人valasek在罗息盐中发现的,这一发现揭开了研究铁电材料的序幕。在1935年busch发现了磷酸二氢钾,简称kdp,其相对介电常数高达30,远远高于当时的其它材料。罗息盐和kdp都属于分子铁电体。1941年之后,以batio3为代表的具有钙钛矿结构的陶瓷铁电材料陆续被发现,这是铁电历史上里程碑式的进展。直至20世纪80年代,随着铁电唯象理论和软膜理论的逐渐完善,铁电晶体物理内涵的研究趋于稳定。近年来随着对材料高性能、柔性、环保、质量轻、低矫顽场、可靠性等要求的不断提高,对传统的铁电材料提出了更高的要求。
目前,国际铁电体的研究主要还是集中在钙钛矿结构abo3氧化物陶瓷铁电体,比如pbtio3、ba-tio3和nblio3,以及它们按一定比例混合形成的固溶体,即弛豫型铁电体,比如pb(mg1/3nb2/3)o3xpb-tio3。但这类铁电体主要缺点在于有毒性、需要高温烧结、含重金属密度大、生长大单晶困难等。比如目前使用的一大类铁电体都是基于pb(ti1xzrx)o3及其衍生物,其烧结温度在600900℃,在制备过程中不可避免地产生剧毒物pbo的挥发,给人类和自然环境造成严重的危害。
4. 研究方案
第一步,通过实验制取有机-无机杂化化合物。
第二步,制得的产物先长晶体,对晶体进行单晶衍射测它的结构。
第三步,晶体研磨压片后进行介电测量,观察是否具有介电异样,若有介电异样,说明该化合物可能是铁电体。
5. 工作计划
第一学期:
第18-21周:查阅有机无机杂化化合物的相关文献资料,完成开题报告和英文文献翻译
第二学期
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