[發明專利]一種鐵電材料硼鍺酸鉀及其制備方法和用途

無效

• 申請號: 200810071333.8
• 申請日: 2008-07-03
• 公開（公告）號: CN101619491A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 楊國昱;潘春陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B7/10;C04B35/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鐵電材料硼鍺酸鉀化合物(分子式：K₂B₂Ge₃O₁₀)的制備和 應用。

背景技術

鐵電材料是一種同時具有鐵電、壓電、熱釋電、電光等性能的多功能材料。 所謂鐵電材料，是指晶體結構在不加外電場時就具有自發極化現象，其自發極 化的方向能夠被外加電場反轉或重新定向的材料。材料的這種特性被稱為“鐵電 現象”或“鐵電效應”。近些年來，鐵電材料發展極為迅速，已廣泛應用于電子技 術、激光技術、紅外探測技術、超聲(和微波聲學)技術、固態記憶和顯示技 術以及其他工程技術方面，而研制和生產性能優良的鐵電材料，又是發展各種 鐵電、壓電、熱電和電光等功能器件的基礎。因此，目前國際上對鐵電材料的 研制和探索十分活躍。

目前人們對鐵電材料的研究和應用主要集中在致密相無機材料上。近幾年 來，具有鐵電效應的空曠骨架硼鍺酸鹽化合物引起了人們的極大研究興趣，這 是由于這類化合物經過模板合成可以精心調控骨架的空曠程度，同時具有催化、 吸附、分離、二階非線性光學及鐵電性質等，可以實現具有微孔材料性質和鐵 電性質的多功能復合型材料。

發明內容

本發明的目的就在于合成一種鐵電材料硼鍺酸鉀(分子式：K₂B₂Ge₃O₁₀)， 其技術方案如下：

我們選擇鍺的氧化鍺(GeO₂)，四硼酸鉀(K₂B₄O₇·2H₂O)作為原料，其摩爾比 為1-1.73∶1.04-1.11，采用水，乙二醇和1，4-丁二胺作為混和溶劑，在水(劑) 熱反應條件下，二氧化鍺和四硼酸鉀直接反應，生長了硼鍺酸鉀化合物的單晶。

我們測得該硼鍺酸鉀化合物的晶體結構，通過一維的鏈堆積成一個新穎的 三維空曠骨架結構，結構參數如下：

分子式為K₂B₂Ge₃O₁₀，分子量為477.65，單斜晶系，空間群為C2，單胞參 數為α＝γ＝90°，β＝ 131.237(6)°，Z＝4。

本發明提供的二氧化鍺與四硼酸鉀形成的硼鍺酸鉀化合物是在水(劑)熱 條件下一步合成方法生長出的晶體。本發明所采用的材料制備工藝簡單、產率 高及重復性好等優點。

該硼鍺酸鹽化合物可能是一種新型的鐵電晶體材料，該材料的優點是不易 溶于一般的溶劑、熱分解溫度高(空氣氛中可以穩定到500℃)、顏色淺、光吸收 低、透光范圍大。

該發明所制備的鐵電晶體材料可應用于制造二次諧波發生器，上、下頻率 轉換器，光參量振蕩器等非線性光學器件以及用于存儲和恢復信息、傳輸光信 息、圖像顯示和全息照像中的編頁器、鐵電光閥陣列作全息照像的存儲等。

具體實施方式

1、化合物的制備

將1.0×10^-3-1.73×10^-3mol?GeO₂加入到2.71×10^-2mol乙二醇，9.07×10^-3mol?1，4- 丁二胺，5.56×10^-2mol水的混和溶劑中，強烈攪拌下再加入1.04×10^-3-1.11×10^-3g 的K₂B₄O₇·2H₂O，混合物的摩爾比為GeO₂∶1，4-丁二胺∶K₂B₄O₇·2H₂O∶H₂O∶ 乙二醇＝1-1.73∶9.07∶1.04-1.11∶55.56∶27.10。繼續攪拌2個小時后封入 30ml反應釜中，180℃反應7天，室溫下自然冷卻，過濾、洗滌后在空氣中涼 干，得到白色晶體。經X-射線單晶衍射分析，確定該晶體為K₂B₂Ge₃O₁₀。

2、性能測試

我們對得到的硼鍺酸鉀化合物進行鐵電性能測試。該化合物的極化強度P與 外施電場強度E的關系曲線表明具有明顯的鐵電效應。