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    我国科学家发现目前具有最多铁电极轴的铁电体

    日期 2016-10-13   来源:化学科学部   作者:付雪峰 黄宝晟 陈荣  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金(项目编号:21290172,91222101)等项目资助下,东南大学有序物质科学研究中心的研究人员从分子设计和晶体调控入手,发现了一例具有十二重铁电极轴的新型分子铁电体-高氯酸四乙基铵,并成功地在其多晶薄膜中验证了宏观铁电性的存在。相关研究成果以“A Molecular Ferroelectric with Most Equivalent Polarization Directions Induced by the Plastic Phase Transition(由塑性相变引起的具有最多铁电极轴的分子铁电体)”为题,于2016年9月28日在J. Am. Chem. Soc.上在线发表。论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b08817。东南大学叶恒云副教授为本文第一作者,通讯联系人为东南大学游雨蒙教授等。

      常用的无机铁电材料很多都具有一个以上的极轴,比如具有三重极轴的钛酸钡、钛酸铅,具有四重极轴的铁酸铋等。依赖于多重极轴这一特性,无机铁电材料能够方便地以多晶陶瓷这一形式进行大规模的应用。与无机铁电体相反,绝大多数分子铁电体仅具有单一铁电极轴,针对多重极轴的研究和报道非常少。分子铁电体作为传统无机陶瓷铁电体的有益补充和替代,在基础研究和高技术应用方面具有重要的价值,而其单极轴性严重地制约了其在多晶体系及薄膜器件中的应用。多极轴特性的引入,将在分子铁电体系中催生出一类多晶态材料,即分子陶瓷铁电体。这种分子陶瓷铁电体继承了无机陶瓷铁电体的合成工艺简单等优点,并同时具有分子材料成膜容易、制备温度低以及功能特性易调控等特点,为分子铁电体的低成本大规模应用打开了新的大门。

      近年来,在国家自然科学基金的支持下,东南大学有序物质科学研究中心的研究人员在分子铁电领域的研究,取得了长足的进步。继2013年首次发现饱和极化值以及相变温度均可以和无机铁电材料钛酸钡相媲美的二异丙胺氯盐和溴盐(Adv. Mater., 2011, 23, 5658; Science, 2013, 339, 425)之后,他们先后构筑了区别于传统陶瓷铁电体的新型分子马达型铁电材料(J. Am. Chem. Soc., 2011, 133 ,12780; Ibid, 2014, 136, 10033; Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 2114 和Phys. Rev. Lett., 2013, 110 ,257601)、在ABX3的类钙钛矿分子铁电体系下实现了高相变温度及优异光学特性的引入与调控(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 4928;Ibid. 2015, 137, 13148; Nat. Commu., 2015, 6, 7338; Adv. Mater.,2016, 28, 2579)、借助铁电畴工程提升了分子材料的压电性能等。其中,二异丙胺氯和溴盐等的优异高温铁电性能,得到了国际著名的铁电物理学家Gruverman A.的证实(Adv. Mater., 2015, 27,7832),并被权威期刊Nature Chem.多次引用(2015, 7, 281和2016, 8, 644及946)。同时,东南大学的研究者系统性地总结了他们在分子铁电工作中的进展(Chem. Rev., 2012, 112, 1163; Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 3577; Ibid. 2016, 45, 3811)。在分子铁电材料的功能性设计与可控合成方面,我国科学家正逐步取得世界领先地位。

    图1 二异丙胺溴盐的(a)电滞回线及(b)微区畴结构;高氯酸四乙基铵的(c)电滞回线及(d)微区畴结构。

    图2 室温下三种不同铁电体的极轴示意图。




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