世界首例无金属钙钛矿型铁电体制备成功

　　本报讯  记者李丽旻报道：近日，东南大学熊仁根团队、游雨蒙课题组制备出世界首例无金属钙钛矿型铁电体，该成果于7月13日在世界顶级学术期刊Science杂志在线发表，为分子材料基础研究领域拓展了一片新天地。

　　凭借其高光电转换效率，钙钛矿材料近年来在太阳能电池研究中异军突起。传统意义上来说，钙钛矿材料分为无机钙钛矿与有机-无机杂化型钙钛矿两类，其代表化合物分别为CsPbBr3和CH3NH3PbBr3等。虽具有高化学稳定性和光稳定性，但两类无机钙钛矿材料的制备过程均需要铅等重金属的参与，不仅量产制备技术方面有一定困难，对环境、人体的毒性也不容小觑。

　　而最新问世的无金属有机钙钛矿型铁电体不含有具环境毒性的重金属原料，并具有更轻盈、制备工艺更简洁、生产成本更低的特性。熊仁根告诉本报记者：“这种新材料最大的特点是其柔性，实验室合成的无金属钙钛矿型铁电体更加柔软、灵活，对人体环境更加适应。”经过多年对分子铁电材料的研究，熊仁根团队、游雨蒙课题组开发了一类有机钙钛矿材料，包括有23种不同分子，将所有的金属阳离子被分子代替，材料因此更加适应目前对材料的薄膜、柔性、生物兼容等方面的要求，且均显示出了良好的铁电性。铁电性意味着材料能够在电场作用下发生的分子极化不由电场撤去而消失，在电容器、电子陶瓷等电子功能元件的制造中应用广泛。此外，最新合成的23种材料加工温度接近室温，减少了传统无机钙钛矿材料需要高温热处理的工序，也避免了因高温发生材料断裂的问题。

　　在新制成的23种无金属有机钙钛矿型铁电体材料中，其中一种名为MDABCO-NH4I3的材料与常用的工业电子器件原料钛酸钙（BTO）具有十分类似的分子特征，包括相近的相变温度和自发极化的特性。

　　据了解，实验室合成的MDABCO-NH4I3材料相较于传统钙钛矿材料有更加柔软的材料特性和更优良的机械性能，对抗环境压力的情况下不具有传统钙钛矿材料的脆性，而是可以延展为薄膜，更加轻盈、灵活，从而为柔性薄膜光电装置的制备打下了基础。经过加工这种新型有机材料很有可能替代钛酸钙在陶瓷电容器或基本导电元件等领域的使用。

　　谈及这种材料的未来，熊仁根认为，柔性薄膜光电装置和可穿戴式电子器件是最有前景的两类应用。“我相信利用柔性有机材料能够有很多种应用场景。由于分子铁电体的电卡效应，继续开发这类材料，能够通过调节电场达到制冷的目的。结合其柔性的特质，4-5年内可穿戴式空调制冷装置都有可能变成现实。”熊仁根说。

　　据悉，熊仁根团队与游雨蒙课题组所在的江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室已在分子压电材料领域取得了不俗成绩。熊仁根表示，“与石墨烯等国外科学家首创的热门材料不同，分子铁电体实属中国领先开创的基础研究领域。我们将在下一步将这种分子铁电材料应用在具体装置中，测试其在不同场景下的实际应用性能。”