分子基鐵電單晶的制備及性能調(diào)控

1、分子基鐵電單晶的制備及性能調(diào)控鐵電體是一類具有自發(fā)極化并且極化方向可以隨外電場發(fā)生反轉(zhuǎn)的固體(晶 體或聚合物)或液晶材料,在電子領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，如電容器、非易失性存儲 器、場效應(yīng)晶體管、傳感器、電容器等。自從1920年第一個鐵電體羅息鹽問世 以來，鐵電材料的發(fā)展和應(yīng)用主要集中在無機鐵電體和少數(shù)有機聚合物鐵電體?，F(xiàn)代電子學發(fā)展的趨勢之一是制備純有機電子器件，因此有機鐵電體成為近 年來鐵電材料的研究熱點，它們的發(fā)展不僅給材料化學帶來了新的挑戰(zhàn)，同時由 于它們的輕便、柔韌和無毒等優(yōu)點，也為鐵電體在有機電子領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新 的思路。隨著研究的大星開展，兒種性能良好的小分子鐵電體陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),打破了

2、 人們對小分子鐵電材料居里溫度低、白發(fā)極化小的傳統(tǒng)認識，為其實際應(yīng)用提供 了可能。此外，當鐵電性與光學、磁性等性質(zhì)結(jié)合時，自發(fā)電極化成為操控物質(zhì)光學、 磁性的新途徑，同時也使得利用光和磁場來調(diào)控其1發(fā)極化成為可能。此類多功 能材料，如熒光鐵電材料、磁電耦合材料等，無論在基礎(chǔ)研究方面,還是在光電器 件、門旋電子學、磁電傳感等應(yīng)用方面都有著重耍的研究意義。本文從系統(tǒng)研究二異丙胺鹽類分子基鐵電晶體的鐵電特性、制備金屬有機配 合物單晶、磁性元素摻雜分子基鐵電晶體三個方而入手，在分子基鐵電單晶的制 備及性能調(diào)控方面取得了以下研究成果：1.研究了溶液法直接制備二異丙胺漠 (DIPAB)鐵電單晶的條件,結(jié)果

3、表明影響DIPAB晶型的關(guān)鍵因素是晶體生長過程 中溶劑/環(huán)境中的水分:在無水條件下重結(jié)晶得到鐵電相的晶體，而在含水條件下 得到順電相的晶體。在此基礎(chǔ)上，通過熱蒸發(fā)法在不同襯底上成功制備了均勻的DIPAB薄膜。2. 首次對小分子鐵電體DIPAB晶體的電滯回線動力學進行了研究，發(fā)現(xiàn)電滯回線面積A隨頻率f具有三個階段的變化，不同于無機材料中常見的單峰曲線變 化，結(jié)合DIPAB的結(jié)構(gòu)特點，認為這可能是由于晶體中同時存在有坪-無庠振動和 離子位移型鐵電起源。通過數(shù)據(jù)擬合，得到了三個階段A與f和電場E0之間的指 數(shù)關(guān)系式。3. 制備了六種不同陰離子（HF2-, C1-, Br-, I-, N03-, C1

4、04-）的二異丙胺（DIPA+）鹽晶體并研究了陰離子對晶體的相變溫度和鐵電性能的影響，結(jié)果表明 這些晶體的鐵電性與陰離子的電負性和結(jié)構(gòu)密切相關(guān):對于鹵素陰離子來說，電 負性越大，晶體相變溫度越高，極化強度越大:DIPA-C104不符合此規(guī)律是由于其 相變源于C104-離子而不是DIPA+陽離子的有序-無序振動。密度泛函理論計算結(jié) 果與實驗結(jié)果符合。4. 制備了有機-無機雜化DIPA2MnBr4單晶,晶體在420 K附近發(fā)生結(jié)構(gòu)相變, 電滯回線和PFM測試表明DIPA2MnBr4具有室溫鐵電性。此外,DIPA2MnBr4晶體 在紫外燈下發(fā)強綠色熒光,最子產(chǎn)率高達62%,并且對醇類氣體具有靈敏的熒光 響應(yīng)和良好的可重復性。5. 以鏈（1【）為金屬中心,分別制備了一系列含不同有機胺配體的胺-錨（11）- 氯配合物和含不同鹵素離子的毗咯烷猛（II）-鹵素配合物的單晶，研究了有機配 體和鹵素離子對配合物結(jié)構(gòu)和磁性、熒光等性質(zhì)的影響。結(jié)果表明有機配體和鹵 素離子均能調(diào)控配合物的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。6. 研究了巴豆酸單晶、巴豆酸鉆仃I）和巴豆酸錠（II）配合物晶體的結(jié)構(gòu)和性 質(zhì)。隨后,借鑒無機半導體摻雜的概念，制備了（1:10）、（1:5）的鐳（II）和鉆（II） 摻雜巴豆酸的晶體,所得到的摻雜晶體同時具有磁性和近室溫鐵電性