[发明专利]一种介电晶体二水合硼酸扁桃酸钠盐及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机/无机复合的新型介电晶体二水合硼酸扁桃酸钠盐(分子式为C₃₂H₂₈Na₂B₂O₁₄)及其制备方法和用途，属于光电子功能材料技术领域中的人工晶体材料领域。

背景技术

随着电子工业设备和大规模集成电路的迅速发展，在介电材料领域中广泛使用的电容器开始朝着高储能、小型化以及有利于环保等方向迈进。开发具有独特的介电性能，同时具有较高机械强度和可加工性的介电材料成为介电领域的研究热点之一。对应用在电子领域的介电材料，除了其介电性能满足需求外，还需要材料尽可能满足如下的要求：良好的热学稳定性和热传导性；适宜的机械强度和加工度；易于图形化和腐蚀，同时能够兼容后续复杂的器件加工程序等。迄今为止，在寻找新的介电材料和改进已有材料的性能，以及解决在后续加工过程中的工艺集成、匹配兼容等方面还有很多的工作要做。

当前对介电材料的研究主要集中在两个方面，一是发展具有高介电常数、高介电强度的介电材料，在这方面已有大量的文献报道；二是开发具有较高的耐热性能、良好的力学与机械强度、低的介电损耗和超低介电常数的新型材料。对于典型的无机材料如陶瓷、玻璃等而言，常存在着脆性大、加工温度高、后续处理工艺复杂的弊端，与不断发展的电路集成加工技术难以兼容；而传统的有机材料在热学、电学和机械性能等方面存在一定的劣势，而且其储能密度在短时期内很难得到更大的提高。因此，兼具良好机械性能和介电性能的有机/无机复合材料在该领域开始得到人们的广泛关注。

其中，有机/无机杂化的硼酸盐化合物引起了人们的兴趣，这主要是由于通过分子设计和调控，此类材料可以有效地结合有机组分和无机组分的性能优势。该类化合物除了具备良好的介电性能外，还可能呈现出新颖的性质，可以实现多功能的复合型材料。本发明所涉及到的二水合硼酸扁桃酸钠盐的分子式为C₃₂H₂₈Na₂B₂O₁₄，单斜晶系，空间群为C2。考虑到晶体对称性对介电性质各向异性的影响，为测定各不同轴向的介电常数，我们采用溶液降温法获得了大尺寸单晶。对晶体介电性质的研究结果表明：该晶体具有低的介电常数和较小的介电损耗，以及良好的热稳定性和可加工性，在介电领域具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于公开一种有机/无机复合的新晶体二水合硼酸扁桃酸钠盐及其制备方法和用途，具体的技术方案如下：

C₃₂H₂₈Na₂B₂O₁₄的合成在溶液中进行，选择扁桃酸(C₈H₈O₃)、硼酸(H₃BO₃)和氢氧化钠(NaOH)作为原料，三种反应物的摩尔比为2∶1∶1，制备过程中采用水作为溶剂。反应方程式如下：

8C₈H₈O₃+4H₃BO₃+4NaOH＝2C₃₂H₂₈Na₂B₂O₁₄+11H₂O

将C₈H₈O₃和H₃BO₃按化学计量比混合溶解在水中，然后向溶液中缓慢加入NaOH，整个过程为明显的放热反应。待反应完全后，蒸发溶剂可获得初原料。

采用溶液降温法制备晶体，具体的实验过程如下：

利用重结晶的方法提纯初原料，采用自发成核的方法获得小晶粒。提纯后的原料溶解在水/乙腈中(体积比为1∶1)。配制45℃的饱和溶液，在47～48℃的温度下过热处理，然后缓慢降温至饱和点引入晶粒，降温速率设为0.2℃/天，经过20天左右的时间，可以获得具有规整的外观形貌、良好透明度和高质量的晶体。