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有机-无机杂化介电、铁电材料研究

王仲夏  
【摘要】:有机-无机杂化化合物是一类重要的功能材料。由于化合物中的有机胺阳离子组分通常会对外界的刺激产生响应,发生结构相变,并伴随着发生光、电、磁、热等物理性质的响应,因而这类材料可以作为多功能材料应用到存储、开关、传感、能量转换等各种领域中。基于有机-无机杂化结构策略,本论文合成了11个有机-无机金属卤化物,其中7个具有钙钛矿有机-无机杂化结构。第二章节报道合成了一系列有机-无机杂化化合物:((N-(2-ammoniumethyl)piperazinium)CuCl_5·2H_2O)(1),全氘代的((N-(2-ammoniumethyl)piperazinium)CuCl_5·2D_2O)(2),C_(11)H_(21)Cl_3MnN_2(3)和C_(11)H_(22)C_(l4)MnN_2(4),(IBA)CdBr_3(5)和(IBA)_2CdBr_4(6)(IBA代表异丁胺盐离子)。化合物1和2表现出了由于水分子随温度变化振动而导致的连续介电转变性质。化合物3表现出明亮的红色发光,量子产率达到35%。化合物4表现出低温介电相变行为,并伴随着超高绿色发光量子产率92.3%。化合物5和6可通过改变原料反应比例,得到结构完全不同的化合物结构。化合物5表现出一维六方钙钛矿有机-无机杂化结构,并且在低温有两重结构相变,同时伴随着介电转变行为。化合物6具有二维层状钙钛矿有机-无机杂化结构,表现出三重结构相变,并伴随着显著的介电各向异性行为。第三章节报道使用链状的有机胺合成了三个层状有机-无机杂化钙钛矿化合物:(IBA)_2PbBr_4(7),(IAA)_2CdX_4(IAA代表异戊胺阳离子,X代表Cl,8和Br,9)。化合物7表现出连续结构相变,同时具有显著的介电性质,以及介电各项异性。此外,通过改变卤素配位成功合成了化合物8和9。这两个化合物表现出了差异较大的相变行为,其主要原因是由于卤素配位不同,使无机阴离子框架大小不同。因此,有机阳离子在无机阴离子所形成的空间里呈现出不同的运动状态。第四和第五章节报道使用链状的有机胺合成了两个层状有机-无机杂化钙钛矿化合物:(IBA)_2CdCl_4(10)和(IBA)_2MnCl_4(11)。化合物10表现出连续结构相变,其中第二个相变为铁电相变,并伴随着少见的动态介电行为。此外,化合物10具有显著的机械柔性,其薄膜表现出非常好的柔韧性,能够成较大弯度,并多次伸缩。化合物11表现出与化合物10类似的性质。不同的是,金属离子Mn使化合物11表现出了铁磁以及发光性能,使化合物11成为罕见的二维层状发光多铁杂化材料。因此,有机-无机杂化策略提供了一种有效的途径来合成与设计分子介电,铁电材料。


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