稀土金屬離子液晶及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一類新型的含稀土金屬組分的離子液晶以及該類離子液晶的制備方法，特別是涉及一類新型的硝酰稀土金屬酸鹽陰離子的離子液晶及其制備方法，屬于稀土功能材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)將對應(yīng)的咪唑或吡啶硝酸鹽與稀土硝酸鹽在溶劑中反應(yīng)，反應(yīng)后除盡溶劑，即得到稀土金屬離子液晶。制得的硝酰稀土金屬酸鹽陰離子的稀土金屬離子液晶是一類具有良好熱穩(wěn)定和耐水性的離子液晶，它們具有離子液晶特性的同時也可以具有稀土元素的優(yōu)點。制備所需成本低，過程簡便，產(chǎn)品純度高，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一類含稀土金屬組分的液晶材料及其制備方法，特別是涉及一類新型的硝酰稀土金屬酸鹽陰離子的離子液晶及其制備方法，屬于稀土功能材料及其制備

技術(shù)介紹
液晶是具有各相異性的液體，被認(rèn)為是“第四種”物質(zhì)狀態(tài)。因其既具有液體的流動性，又具有固體的各向異性，在電子電器、信息通訊、航空航天、精密制造、汽車、機(jī)械、化工、氣體探測和腫瘤診斷等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。離子液晶是結(jié)構(gòu)與離子液體相似、具有液晶特性的化合物。離子液晶兼具離子液體和液晶的特性，與傳統(tǒng)的中性分子構(gòu)成的液晶的最明顯的不同是，離子液晶具有良好的導(dǎo)電性，這使得離子液晶可作為具有方向性的離子導(dǎo)電材料。同時，離子液晶在染料敏化太陽能電池及生物學(xué)研究中都有潛在的應(yīng)用前景稀土具有優(yōu)良的光電磁等物理特性，能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，其最顯著的功能就是大幅度提高其他產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。稀土是全球性的重要戰(zhàn)略資源，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械冶金、石油化工、光電磁學(xué)、輕工紡織、生物醫(yī)學(xué)和原子能工業(yè)等領(lǐng)域，應(yīng)用面廣，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)的“維生素”。結(jié)合稀土和離子液晶的優(yōu)點，有望獲得具有優(yōu)異光、電、磁等特性的離子液晶材料。通常離子液晶通過對離子液體進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變制得，離子液晶材料需要較好的穩(wěn)定性。2008年，硝酰稀土金屬酸鹽離子液體被報道出來，它們具有很好的水、潮濕穩(wěn)定性(G.H.Tao, Y.Huang, J.A.Boatz, J.Μ.Shreeve, Chem.Eur.J.2008, 14, 11167 - 11173)。但文獻(xiàn)報道的硝酰稀土金屬酸鹽離子液體不具有液晶特性，該研究只采用了三唑鎗和四唑鎗的陽離子，其合成的離子液體熔點較高，液態(tài)性質(zhì)較差，熱穩(wěn)定性不是很好。此外，其合成方法需要比較復(fù)雜的制備過程和昂貴的脫水劑。有關(guān)本專利技術(shù)所涉及的硝酰稀土金屬酸鹽離子液晶至今尚未有報導(dǎo)，這類硝酰稀土金屬酸鹽離子液晶材料的制備方法也是本專利技術(shù)首次提及。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一類新型的。本專利技術(shù)提供的稀土金屬離子液晶，其結(jié)構(gòu)式為:Cat+x[Ln(NO3)3+x(H2O)y]x_其中，稀土 Ln可選鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、镥等稀土元素中的一種或幾種。硝酰稀土金屬酸鹽陰離子[Ln(NO3)3+x(H2O)6_2x]x_中，X = I 3, y = O 6_2x。陽離子Cat+為二烷基取代的咪唑[R1R2Im]+或一烷基取代的吡啶陽離子[RPy] +。其中，R1為質(zhì)子氫或相同或不同的可帶有合適官能團(tuán)的烴基或芳基，如:甲基、乙基、丁基、異丁基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、芐基、乙烯基、烯丙基、氰乙基、乙酸乙酯基等；r2、R為長鏈烴基或可帶有合適官能團(tuán)的烴基或芳基，如:十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、十二烷氧基苯基、三(十二烷氧基)芐基、(對丁氧基聯(lián)苯醚)辛基等。本專利技術(shù)另外一個目的是提供一種制備稀土金屬離子液晶材料的制備方法，是將二烷基取代的咪唑硝酸鹽或一烷基取代的吡啶硝酸鹽與稀土硝酸鹽化合物在溶劑中反應(yīng)，反應(yīng)后除去溶劑，即得到所述稀土金屬離子液晶。上述制備方法中所述的稀土金屬離子液晶，其結(jié)構(gòu)式為:Cat+x[Ln(NO3)3+x(H2O)yF其中，稀土 Ln可選鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、镥等稀土元素中的一種或幾種。 硝酰稀土金屬酸鹽陰離子[Ln(NO3)3+x(H2O)6_2x]x_中，X = 1^3, y = O 6_2x。上述制備方法中所述的陽離子Cat+為二烷基取代的咪唑[R1R2Im]+或一烷基取代的吡啶陽離子[RPy]+O其中，R1為質(zhì)子氫或相同或不同的可帶有合適官能團(tuán)的烴基或芳基，如:甲基、乙基、丁基、異丁基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、芐基、乙烯基、烯丙基、氰乙基、乙酸乙酯基等；r2、R為長鏈烴基或可帶有合適官能團(tuán)的烴基或芳基，如:十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、十二烷氧基苯基、三(十二烷氧基)芐基、(對丁氧基聯(lián)苯醚)辛基等。上述可用溶劑可以是水、甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈、乙酸乙酯等一種或幾種，優(yōu)選乙腈、水。該反應(yīng)溫度為室溫 100 °C，優(yōu)選室溫；反應(yīng)時間為廣24 h。本專利技術(shù)提供的稀土金屬離子液晶具體主要有:1-甲基-3-十二烷基咪唑六硝酸鑭鹽離子液晶、1-甲基-3-十四烷基咪唑六硝酸鑭鹽離子液晶、1-甲基-3-十六烷基咪唑六硝酸鑭鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸鑭鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸鈰鹽離子液晶、1-乙基-3-十二烷氧基苯基咪唑五硝酸鈰鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸鐠鹽離子液晶、1- 丁基-3-(對丁氧基聯(lián)苯醚)辛基咪唑五硝酸鐠鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸釹鹽離子液晶、1-辛基-3-十八烷基咪唑六硝酸釹鹽離子液晶、1-芐基-3-十八烷基咪唑六硝酸釹鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸釤鹽離子液晶、1-十二烷基-3-十八烷基咪唑六硝酸釤鹽離子液晶、1-甲基-3-十二烷基咪唑六硝酸銪鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸銪鹽離子液晶、1-烯丙基-3-十八烷基咪唑六硝酸銪鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸釓鹽離子液晶、1-氰乙基-3-十八烷基咪唑六硝酸釓鹽離子液晶、1-乙烯基-3-十八烷基咪唑五硝酸鋪鹽尚子液晶、1_甲基_3_十八燒基咪唑六硝酸鏑鹽尚子液晶、1-甲基-3-二 (十二燒氧基)芐基咪唑六硝酸鏑鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸欽鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸鉺鹽離子液晶、1-十八烷基吡啶五硝酸鉺鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑六硝酸銩鹽離子液晶、1-十六烷基吡啶四硝酸銩鹽離子液晶、1-十八烷基吡啶四硝酸鐿鹽離子液晶、1-甲基-3-十八烷基咪唑五硝酸镥鹽離子液晶。本專利技術(shù)提供的。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著效果:I)本專利技術(shù)提供的是一類新型的含稀土元素的離子液晶，開發(fā)了離子液晶材料的新品種；2)本專利技術(shù)提供的硝酰稀土金屬酸鹽的離子液晶具有離子液晶特性的同時可以具有稀土元素的光、電、磁等特性；3)該類稀土金屬離子液晶具有穩(wěn)定的熱性質(zhì)和耐水性；4)該制備方法所需成本低，工藝簡單、操作容易，產(chǎn)品純度高?；谏鲜鰞?yōu)點，本專利技術(shù)提供的稀土金屬離子液晶及制備方法在液晶材料合成與應(yīng)用中具有重要作用，這對合理有效開發(fā)利用稀土資源提供必要的基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。具體實施例方式本專利技術(shù)提供了一種制備含稀土金屬離子液晶的方法，是在反應(yīng)體系中，在適當(dāng)反應(yīng)溫度下，選用二烷基取代的咪唑硝酸鹽或一烷基取代的吡啶硝酸鹽與稀土硝酸鹽化合物進(jìn)行反應(yīng)，得到稀土金屬離子液晶。各種反應(yīng)條件下的稀土金屬離子液晶的收率為90 99%。下面結(jié)合實施例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說明，所述實施例中所用方法無需無水無氧保護(hù)下進(jìn)行。實施例1、1-甲基-3-十二烷基咪唑六硝酸鑭鹽離子液晶將2.46 g (7.8 mmol)1-甲基-3-十二烷基咪唑硝酸鹽和1.13 g (2.6 mmol)六水合硝酸鑭，加入到30 mL乙腈中，在45 ° C條件下反應(yīng)24 h。蒸干溶劑，得到淺黃色固體1-甲基-3-十二咪唑六硝酸鑭鹽，3.24 g，產(chǎn)率:98%。熔點本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一類硝酰稀土金屬酸鹽陰離子的稀土金屬離子液晶，其特征在于，所述離子液晶的結(jié)構(gòu)式為：Cat+x[Ln(NO3)3+x(H2O)y]x?。

【技術(shù)特征摘要】
1.一類硝酰稀土金屬酸鹽陰離子的稀土金屬離子液晶，其特征在于，所述離子液晶的結(jié)構(gòu)式為:Cat+x [Ln (NO3) 3+x (H2O) y] x_。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液晶，其特征在于，所述稀土元素Ln選自鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、镥等稀土元素中的一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液晶，其特征在于，所述硝酰稀土金屬酸鹽陰離子[Ln(NO3)3+x(H2O)6_2x]r 中，X = I 3, y = O 6_2x。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液晶，其特征在于，所述陽離子部分Cat+為二烷基取代的咪唑[R1R2Im] +或一烷基取代的吡啶陽離子[RPy]+;其中&選自質(zhì)子氫或相同或不同的可帶有合適官能團(tuán)的烴基或芳基，如:甲基、乙基、丁基、異丁基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四燒基、十TK燒基、十八燒基、節(jié)基、乙稀基、稀丙基、氛乙基、乙酸乙酷基等；R2、R選自長鏈烴基或可帶有合適官能團(tuán)的烴基或芳基，如:十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、十二烷氧基苯基、三(十二烷氧基)芐基、(對丁氧基聯(lián)苯醚)辛基等。5.一種硝酰稀土金屬酸鹽陰離子的稀土金屬離子液晶的制備方法，包括如下步驟:(I)將二烷基取代的咪唑硝酸鹽或一烷基取代的吡啶硝酸鹽與稀土硝酸鹽化合物在溶劑中反應(yīng)；(2)反應(yīng)后除去溶劑，即得到所述稀土金屬離子液晶。6.根據(jù)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陶國宏，季順平，何玲，
申請(專利權(quán))人：四川大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：