2-甲基-1，4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(Me-DABCO)及其衍生物的合成、结构与相变性质研究

摘要

铁电体是能产生自发极化，且自发极化可在外电场作用下翻转的一类重要的功能材料。铁电体的极化状态随着外界条件作用的变化，表现为各种有趣的宏观响应：介电响应，极化反转，压电，热电，电光，和非线性光学效应。作为一类重要的功能材料，铁电体在高科技的应用中日益广泛。近年来，关于铁电体的研究论文逐年呈指数上升，铁电体的总数急剧增加，铁电性质的研究是当今国际上的热门研究领域之一。在相变点附近，会出现明显介电异样和热学性质的异样。为了寻找具有相变的铁电材料，本论文合成了2-甲基-1，4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷（Me-DABCO）和它的单盐及其它衍生物，并从结构和介电性质方面研究了其相变的相关特性。
　　 本论文主要分为六部分：第一部分介绍了相变及铁电相变的相关知识，介电常数与相变温度的关系（居里-外斯定律），以及国内外的研究动态；第二部分主要介绍了两种不同的Me-DABCO的合成方法以及产品表征，并通过比较发现基于酸催化的Me-DA-BCO的合成方法产率更高更安全，因此在本论文的完成过程中，主要采用此法进行Me-DABCO的合成；第三部分主要介绍了Me-DABCO的衍生物中具有可逆结构相变的三种单盐S-（-）-（C7H15N2）+ClO4-、（+/-）-（C7H15N2）+ClO4-和S-（-）-（C7H15N2）+BF4-的制备及其结构，介电性质和热力学性质，通过研究这三种物质的相关性质，确定了它们在温度变化过程中的相变行为；第四部分主要介绍了六种Me-DABCO的有机金属离子化合物的制各、结构及其介电性质，对于Me-DABCO与两种不同铜盐形成的金属有机分子离子化合物（+/-）-（C7H16N2）2+[CuBr4]2+和（+/-）-（C7H16N2）2+[CuCl4]2-，还研究了其热力学性质，通过这些性质研究发现，这二者在温度变化过程中，亦出现了我们预期的相变形为，本章的研究还表明其余四种Me-DABCO-金属的硫酸盐：S-（-）-（C7H16N2）2+[Mn（H2O）6]2+[2（SO4）]4-·H2O、S-（-）-（C7H16N2）2+[Ni（H2O）6]2+[2（SO4）]4-·H2O、S-（-）-（C7H16N2）2+[Fe（H2O）6]2+[2（SO4）]4-·H20和S-（-）-（C7H16N2）2+[Co（H2O）6]2+[2（SO4）]4-·H2O虽然出现了Me-DABCO中部分碳原子的无序，但是这四种化合物并没有出现预期的相变情况，本章阐述了它们的结构；第五部分主要研究了三种Me-DABCO共晶化合物S-（-）-（C7H15N2）+（C6H3N3O7）、S-（-）-（C7H16N2）2+[（C6H5NO3）2]2-和S-（-）-（C7H15N2）+（C6H5O2）-的制备、结构及其介电性质，这些性质表明，这三种共晶化合物也没有出现预期的相变行为，本论文阐述了其结构；第六部分是结论部分，总结了本论文的阶段性研究成果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 相变和晶体的对称性

1.1.1 相变相关

1.1.2 理想晶体

1.1.3 晶体物理性质的对称性

1.2 晶体的介电性质与居里-外斯定律

1.2.1 Curie-Weiss定律

1.2.2 晶体的介电性质

1.3 铁电相变和Landau理论

1.3.1 Landau理论

1.3.2 铁电体与铁电相变

1.4 铁电材料的发展与国内外研究动态

1.4.1 铁电材料的发展

1.4.2 国内外研究动态

1.4.3 本论文研究内容

第二章 Me-DABCO的合成及表征

2.1 Me-DABCO的合成路线

2.1.1 基于H2还原的制备方法

2.1.2 基于酸催化的制备方法

2.2 产品表征与结果讨论

2.2.1 产品表征

2.2.2 结果讨论

第三章 N-H

3.1 Me-DABCO单盐的制备

3.2 S-(-)-(C7H15N2)+ClO4-的性质表征

3.2.1 S-(-)-(C7H15N2)+ClO4-的红外(IR)和粉末衍射(XRD)分析

3.2.2 S-(-)-(C7H15N2)+ClO4-的晶体解析

3.2.3 S-(-)-(C7H15N2)+ClO4-的示差扫描量热(Differential Scanning Calorimetry DSC)分析

3.2.4 S-(-)-(C7H15N2)+ClO4-的介电性质

3.3(+/-)-(C7H15N2)+ClO4-的性质表征

3.3.1(+/-)-(C7H15N2)+ClO4-的红外(IR)和粉末衍射(XRD)分析

3.3.2(+/-)-(C7H15N2)+ClO4-的晶体解析

3.3.3(+/-)-(C7H15N2)+ClO4-的示差扫描量热(DSC)分析

3.3.4(+/-)-(C7H15N2)+ClO4-的介电性质分析

3.4 S-(-)-(C7H15N2)+BF4-的性质表征

3.4.1 S-(-)-(C7H15N2)+BF4-的红外(IR)和粉末衍射(XRD)分析

3.4.2 S-(-)-(C7H15N2)+BF4-的晶体解析

3.4.3 S-(-)-(C7H15N2)+BF4-的差示扫描量热(DSC)分析

3.4.4 S-(-)-(C7H15N2)+BF4-的介电性质分析

3.5 结果讨论

第四章 Me-DABCO金属有机分子离子化合物的制备与性质研究

4.1 Me-DABCO-金属盐酸盐的制备与性质研究

4.1.1 Me-DABCO-金属盐酸盐的制备

4.1.2(+/-)-(C7H16N2)2+[CuBr4]2-的表征和性质

4.1.3(+/-)-(C7H16N2)2+[CuCl4]2-的表征和性质

4.2 Me-DABCO-金属硫酸盐的制备与性质研究

4.2.1 Me-DABCO-金属硫酸盐的制备

4.2.2 S-(-)-(C7H16N2)2+[Mn(H2O)6]2+[2(SO4)]4-·H2O的表征和性质研究

4.2.3 S-(-)-(C7H16N2)2+[Ni(H2O)6]2+[2(SO4)]4-·H2O的表征和性质

4.2.4 S-(-)-(C7H16N2)2+[Fe(H2O)6]2+[2(SO4)]4-·H2O的表征和性质研究

4.2.5 S-(-)-(C7H16N2)2+[Co(H2O)6]2+[2(SO4)]4-·H2O的表征和性质研究

4.3 结果与讨论

第五章 Me-DABCO-酚类共晶化合物的合成与性质研究

5.1 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H3N3O7)-共晶的制备与性质研究

5.1.1 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H3N3O7)-的制备

5.1.2 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H3N3O7)-的红外(IR)和粉末衍射(XRD)分析

5.1.3 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H3N3O7)-的晶体解析

5.1.4 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H3N3O7)-的介电性质分析

5.2 S-(-)-(C7H16N2)2+[2(C6H5NO3)]2-共晶的制备与性质研究

5.2.1 S-(-)-(C7H16N2)2+[2(C6H5NO3)]2-的制备

5.2.2 S-(-)-(C7H16N2)2+[2(C6H5NO3)]2-的红外(IR)和粉末衍射(XRD)分析.56

5.2.3 S-(-)-(C7H16N2)2+[2(C6H5NO3)]2-的晶体解析

5.2.4 S-(-)-(C7H16N2)2+[2(C6H5NO3)]2-的介电性质分析

5.3 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H5O2)-共晶的制备与性质研究

5.3.1 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H5O2)-的制备

5.3.2 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H5O2)-的红外(IR)和粉末衍射(XRD)分析

5.3.3 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H5O2)-的单晶解析

5.3.4 S-(-)-(C7H15N2)+(C6H5O2)-的介电分析

5.4 结果与讨论

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

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