Híbridos orgánico-inorgánicos con propiedades dieléctricas, magnéticas y multiferroicas, y precursores de óxidos nanoestructurados

Abstract

[Resumen] Los materiales con orden magnético, dieléctrico, elástico, y aquellos que combinan al menos dos de estas propiedades (multiferroicos), son fundamentales en el desarrollo de nuevas tecnologías. Tradicionalmente estas propiedades se han estudiado en óxidos metálicos con muy buenos resultados, sin embargo, la aparición de nuevos materiales híbridos, que combinan componentes orgánicos e inorgánicos en una misma estructura, ha abierto un nuevo campo de posibilidades. En esta tesis se han preparado y caracterizado híbridos porosos [M2(NH2- bdc)2(dabco)][G], y densos con estructura perovskita: [CH3NH3]M(HCOO)3, [NH4]Cd(HCOO)3 y [(CH3)4N]Mn(N3)3. Los híbridos porosos [M2(NH2-bdc)2(dabco)][G] presentan dos anomalías dieléctricas debidas a la rotación del ligando NH2-bdc y al movimiento de las moléculas de disolvente ocluidas. Estos híbridos se emplearon como precursores de los óxidos ZnO y Co3O4 nanoestructurados. Los fomiatos [CH3NH3]M(HCOO)3 con M= Mn+2, Co+2, Ni+2 y Cu+2 presentan ferromagnetismo débil a baja temperatura. Además, [NH3CH3]Co(HCOO)3 es uno de los pocos materiales híbridos con acoplamiento magnetoeléctrico. El compuesto [NH4]Cd(HCOO)3 presenta polarización eléctrica neta en condiciones ambientales y ésta se puede incrementar al aplicar altas presiones. El híbrido [(CH3)4N]Mn(N3)3 presenta una transición estructural antiferroeléctrica y ferroelástica a 310 K junto con biestabilidad magnética, siendo uno de los pocos materiales que muestra simultáneamente orden magnético, dieléctrico y elástico.

[Resumo] Os materiais con orde magnética, dieléctrica, elástica e aqueles que combinen polo menos dúas destas propiedades (multiferroicos), son fundamentais no desenrolo de novas tecnoloxías. Tradicionalmente estas propiedades téñense estudado nos óxidos metálicos con moi bos resultados, sen embargo, a aparición de novos materiais híbridos, que combinan compoñentes orgánicos e inorgánicos nunha mesma estrutura, abriu un novo campo de posibilidades. Nesta tese preparáronse e caracterizáronse híbridos porosos [M2(NH2- bdc)2(dabco)][G], e densos con estrutura perovskita: [CH3NH3]M(HCOO)3, [NH4]Cd(HCOO)3 e [(CH3)4N]Mn(N3)3. Os híbridos porosos [M2(NH2-bdc)2(dabco)][G] presentan dúas anomalías dieléctricas debidas á rotación do ligando NH2-bdc e ao movemento das moléculas de disolvente ocluídas. Estes híbridos empregáronse coma precursores dos óxidos ZnO y Co3O4 nanoestruturados. Os formiatos [CH3NH3]M(HCOO)3 con M= Mn+2, Co+2, Ni+2 e Cu+2 presentan ferromagnetismo débil a baixa temperatura. Ademais, [NH3CH3]Co(HCOO)3 é un dos poucos materiais híbridos con acoplamento magnetoeléctrico. O composto [NH4]Cd(HCOO)3 presenta polarización eléctrica neta en condicións ambientais que se pode incrementar ao aplicar altas presións. O híbrido [(CH3)4N]Mn(N3)3 presenta unha transición estrutural antiferroeléctrica e ferroelástica a 310 K xunto con biestabilidade magnética, sendo un dos poucos materiais que mostra simultaneamente orde magnético, dieléctrico e elástico.

[Abstract] Materials which exhibits magnetic, dielectric or elastic ordering, and those that combine two of these properties (multiferroics) are fundamentals for the developing of new technologies. These properties were traditionally searched and successfully found in metal oxides. However, the occurrence of new hybrid materials that combine organic and inorganic components in the same structure have opened a new field of possibilities. In the present thesis it has been synthesized and characterized several hybrid materials: porous [M2(NH2-bdc)2(dabco)][G], and dense with perovskite architecture: [CH3NH3]M(HCOO)3, [NH4]Cd(HCOO)3 and [(CH3)4N]Mn(N3)3. The porous hybrids [M2(NH2-bdc)2(dabco)][G] present two dielectric anomalies due to the rotation of the NH2-bdc ligand and the movement of the solvent molecules occluded. These hybrids were employed as precursors of the nanostructured oxides ZnO and Co3O4. The [CH3NH3]M(HCOO)3 formates where M= Mn+2, Co+2, Ni+2 and Cu+2, show weak ferromagnetism at low temperature. Furthermore, [NH3CH3]Co(HCOO)3 is one of the few examples of hybrid materials with magnetoelectric coupling. The [NH4]Cd(HCOO)3 compound displays electric polarization at ambient conditions which can be increased by the application of high pressures. The [(CH3)4N]Mn(N3)3 hybrid shows an structural, antiferroelectric and ferroelastic transition at 310 K, together with magnetic bistability. This is one of the few examples of material which shows simultaneous magnetic, dielectric and elastic ordering.