1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)
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、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性,可用于制作铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、光波导、介质移相器、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,因此铁电材料成了近年来高新技术研究的前沿和热点之一。
铁电材料(铁电体)是一类特殊的电介质,1920年,法国人valasek发现罗息盐(酒石酸钾钠,nakc4h4o64h2o)特异介电性能,导致了铁电性概念的出现[1]。
对铁电材料及其性质研究已经历了四个阶段[2,3]:1920-1939年,罗息盐和kh2po4铁电材料发现;1940-1958年,铁电唯象理论建立,并趋于成熟;1959年到上世纪70年代,铁电软模理论出现、并基本完善;上世纪80年代至今,各种非均匀系统研究[4]。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
介电材料是一类重要的功能电子材料,在电子元件和电子器件方面都有着广泛的应用。近年来,随着电子元件和器件向高性能化和尺寸微型化方向发展,高介电常数材料更是受到了越来越多的关注,例如在通讯系统领域中的便携式电话、蜂鸣器、全球定位系统等设备中的电容器、存储器、谐振器、滤波器、信号发射和接受天线以及其他系统中的传感器、驱动器、超声换能器、电子点火器等方面都有着广泛的应用。相对介电常数大于1000的材料被看做是高介电材料。铁电体是一类特殊的电介质,而电介质的本质特征是以极化的方式传递、存储或者记录电场的作用和影响。铁电体的极化强度特点是非线性效应强,有显著的温度依赖性和频率依赖性,铁电体表现出来的抗疲劳性、能耗低、存储密度高和开关速度快等优点,使其在存储器和逻辑器等方面有着良好的应用前景。
铁电物理学的核心问题是研究铁电体的自发极化,在晶体的32个点群中,只有10个属于自发极化点群,分别是1(c1),2(c2),3(c3),4(c4),6(c6),m(cs),3m(c3v),mm2(c2v),4mm(c4v)和6mm(c6v)。通常情况下,只有属于这10个点群的晶体,才具有自发极化性质。近年来,超分子和晶体工程领域取得了很大进展,在一些特定的体系中,定向合成或组装特定拓扑超分子结构已成为可能。由于晶体中存在结构无序,即使由单手性分子块构筑晶体,常常也不能获得手性晶体。因此,如何开展分子设计、控制分子构筑块定向构筑具有重要功能性质的手性晶体材料成为了研究的关键。
在六配位金属配合物中,金属离子与对称双齿螯合配体形成的配合物具有d3点群对称性,属手性分子构筑块。由于d3点群的四个对称元素(一个c3轴、三个c2轴)相交于一点,所以具有d3点群对称性的分子没有偶极矩。通过合理的分子设计、降低分子构筑块对称性,使得分子块只保留c3轴,或只保留一个c2轴,则相应分子块的偶极矩将不再为零。因此,控制此类手性分子块组装,可能得到极性晶体。本章中我们将18-冠-6醚与k 或nh4 形成的超分子阳离子(m′-18-crown-6;m′ =k ornh4 )引入到d3对称性的手性配位阴离子([m(ox)3]3-)体系中,设计、合成了七个螺旋桨形四核超分子化合物,[m′-18-crown-6]3[m(c2o4)3](m′ =k ,nh4 ;m=al3 ,cr3 ,fe3 ,co3 )。培养得到了七种化合物的单晶,并解析了其结构,通过ea,ir,xrd,tg-dta等分析手段,系统表征了化合物的结构和热稳定性质。
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