具有磁和介电相变的自旋转换纳米复合材料的制备与性能研究

As a new type of ultra-high density storage material, spin transition materials have attracted much attention from chemists and materials scientists.By means of molecular design and structural control, the complexes with spin transition and bistability can be obtained. However, the vulnerability and the difficulty of processing of these complexes have limited their application in information storage materials. In addition, spin transition can be induced by heat, radiation and pressure, but the operation method is not easy to control, and spin transition induced by the electric field and designing nano electronic devices has important scientific significance and application value. In this project, we will focus on the preparation and charge transport property of composite films.The details are as follows:Firstl， PVDF based nano composite film will be obtained by the physical method that combining the spin transition complexes nanoparticles and ferroelectric polymer polyvinylidene fluoride (PVDF) compound and its copolymers. Second, we will explore the key factors impacting of controllable preparation of uniform nano composite thin films, study the spin transition behavior of composite films and third, have deep investigation on the structure-activity relationship between the structure and morphology of composite films and magnetic properties. At last, based on the analysis of dielectric and conductivity properties of composite films, the electronic transport properties such as dielectric phase transition, dielectric relaxation,electronic impedance will be investigated. In addition, the magneto-electric coupling mechanism will be demonstrated.

自旋转换材料作为一种新型超高密度存储材料而受到化学家和材料学家们的高度关注。通过分子设计和结构调控可以获得具有自旋转换和双稳性的配合物，然而该类配合物脆弱性和不易加工性限制了其在信息存储材料方面的应用。此外，热、光辐射及压力可以诱导自旋态转换，但操作手段不易控制，而电场调控自旋态转换并设计成纳米电子器件具有重要的科学意义和应用价值。因此，本项目涉及复合薄膜制备及其电子传输性能研究，具体内容：一，通过物理方法将自旋转换配合物纳米颗粒和铁电性聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物进行复合，获得具有自旋转换和双稳性的聚偏氟乙烯基纳米复合薄膜。二、探究影响可控制备均匀致密纳米复合薄膜的关键因素，并研究复合薄膜的自旋转换行为；三、深入探讨自旋转换配合物结构及复合薄膜形貌与磁性能之间的构效关系；四、在介电和电导分析的基础上，研究复合薄膜的介电相变、介电弛豫、阻抗等电子传输性质，揭示磁电之间耦合作用机制。

自旋转换和双稳性化合物是一种新型超高密度存储材料，在分子热开关、光开关以及信息存储等领域具有重要应用前景。在此项目研究中，首先合成了6个含不同取代基的不对称季铵盐阳离子[(R1)3(R2)N]+Br(R1 = Et; R2 = Me, n-Pr, n-Bu)与金属二硫烯分子构筑块[Ni(mnt)2]和[Ni(dmit)2]组装的金属二硫烯电荷转移化合物。比较研究了6个配合物的晶体结构、磁化率、DSC和介电等性质，其中配合物[Et3MeN][Ni(mnt)2]在225 K左右发生磁相变和介电相变，变温单晶结构表明，主要由于高低温相中晶格内镜面对称消失和阳离子的有序无序转变引起的结构变化导致的；配合物[Et3(n-Pr)N][Ni(dmit)2]在370 K左右发生磁和介电相变，主要来源于逆对称性破损结构相变。然后，又合成了3个含季铵盐阳离子和苄基吡啶类阳离子与-1价[Ni(dmit)(mnt)]组装的混配金属二硫烯电荷转移化合物。其中配合物[(n-Bu)4N][Ni(dmit)(mnt)]具有多步磁相变及介电相变性质，主要与热退火诱导有关。此外，进一步通过设计新的柔性构象有机阳离子，与金属二硫烯构筑块[Ni(dmit)2]组装，制备和表征了新的一维电荷转移盐系列，发现具有半导体以及光诱导电导增强等新奇功能性质。在此基础上，我们将自旋交叉化合物[Fe(Htrz)2(trz)](BF4) (Fe-Trz)和筛选出的3种具有磁和介电双稳的电荷转移盐，分别与聚偏氟乙烯（PVDF）进行混合，制备出了4种自旋转换聚偏氟乙烯复合薄膜，通过红外光谱（IR）、扫描电镜分析（SEM）、XRD以及光电子能谱（XPS）分析等进行表征，并研究磁和介电性能，结果表明相应复合薄膜表现出磁和介电相变和双稳以及介电弛豫、电导等电子传输性质。本项目的研究结果为进一步合理设计、定向构筑关键技术参数满足应用要求的磁相变化合物提供理论指导，同时，也为自旋转换化合物基础研究走向应用器件化奠基实验基础。