[发明专利]一种金属有机框架压电材料及其制备方法、应用、传感器元件

说明书

本发明提供一种金属有机框架压电材料，其中，含卤素取代基的对苯二甲酸配体与铬盐相互配位组成金属有机框架结构，所述金属有机框架为Cr^III(OH)·[O₂C‑C₆H₃X‑CO₂]，其中X为卤素基团。本发明实施例以铬盐、含卤素取代基的对苯二甲酸配体作为主要原料，通过卤素基团修饰对苯二甲酸结构，使得与铬盐配位生成的金属有机框架压电材料具有优异的压电性能，可广泛应用于压电材料领域作为现有含铅压电材料的替代材料；本发明在金属有机框架压电材料制备过程中通过控制铬盐和所述含卤素取代基的对苯二甲酸配体溶液的浓度、流体流速以及反应器的加热温度等参数，实现金属有机框架压电材料的高通量连续制备，满足了大工业生产的工艺条件。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种金属有机框架压电材料及其制备方法、应用、传感器元件。

背景技术

传统压电陶瓷晶体材料，如PbTiO₃，Pb(ZrxTi1-x)O₃具有突出的压电性能，广泛应用于水声、电声换能器和基于压电性能的振荡器和传感器等领域。为克服上述含铅压电材料不环保的缺点，拓展压电材料的应用领域，人们研究了多种其他无铅压电材料。寻找一种性能优异的无铅压电材料一直是相关领域所关注的重要问题。

金属有机框架是一种新型的无机-有机杂化材料，它是通过金属离子/簇合物与有机配体之间的定向配位键合而形成的。由于有机配体和金属团簇具有广泛的可调性，并且增加了内部的主客体相互作用，可以针对铁电、压电和多铁性应用对金属有机框架进行调谐得到金属有机框架型压电材料，其极性可以通过对传统的金属有机框架连接基进行修饰来赋予。但高通量制备得到高质量金属有机框架纳米晶的压电材料的工艺仍然未有突破，无法作为现有含铅压电材料的替代产品进行大规模推广应用，即将金属有机框架压电材料作为含铅压电材料的替代产品的可推广性差。

由此可见，现有金属有机框架压电材料普遍存在压电性能不足、产能过低，从而无法实现对现有含铅压电材料进行大规模替换的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种金属有机框架压电材料，旨在解决现有金属有机框架压电材料普遍存在压电性能不足、产能过低，从而无法实现对现有含铅压电材料进行大规模替换的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种金属有机框架压电材料，所述金属有机框架压电材料是通过含卤素取代基的对苯二甲酸配体与铬盐相互配位组成。

本发明实施例还提供了一种金属有机框架压电材料的制备方法，包括：

将铬盐水溶液和含卤素取代基的对苯二甲酸配体溶液按照流速0.04～5.0mL/min输送至反应器中并加热至130～180℃进行反应，经冷却、洗涤以及过滤处理后，得到中间驱体；

将所述中间驱体与有机溶剂搅拌混合，经洗涤、过滤以及干燥处理后，即得。

本发明实施例还提供了一种金属有机框架压电材料在压电材料领域中的应用。

本发明实施例还提供了一种传感器元件，所述传感器元件由上述金属有机框架压电材料制备得到。

本发明实施例通过卤素基团修饰对苯二甲酸结构，使与铬盐配位生成的金属有机框架压电材料具有优异的压电性能，满足现有压电材料性能的需求，可作为现有含铅压电材料的替代材料推广使用，减少含铅压电材料对环境的污染。

附图说明

图1是本发明实施例提供的金属有机框架压电材料的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的金属有机框架压电材料的振幅-电压蝴蝶回线图。

图3是本发明实施例提供的金属有机框架压电材料的XRD衍射图。

图4是本发明实施例提供的金属有机框架压电材料的SEM扫描电镜图。