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东南大学科研团队制备出无金属钙钛矿型铁电体

2018-07-13 19:44 来源:中国新闻网

  中新网南京7月13日电(记者申冉通讯员翟梦杰)13日,记者从东南大学获悉,该校熊仁根团队、游雨蒙课题组成功制备出无金属钙钛矿型铁电体。该项研究结果以“Metal-FreeThree-DimensionalPerovskiteFerroelectrics(无金属三维钙钛矿铁电体)”为题,于美国东部时间2018年7月13日被世界顶级学术期刊“Science(科学)”杂志在线发表,标志着中国在分子材料领域又一次走在了世界前列。

  

该类新型材料的手性受到学界关注。

  据江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室带头人熊仁根教授介绍,钙钛矿材料的用途十分广泛,上至航天飞机下至常见的打火机,都会使用到。“目前常见的钙钛矿材料主要有两种,无机钙钛矿和有机-无机杂化型钙钛矿。这两类钙钛矿材料均带有金属元素,不仅加大了加工、制备的困难。此外,所含的某些金属元素(比如铅)有一定毒性,更是会造成严重的环境问题,也无法完全适应人体环境。”

  “因此,多年来人们一直在寻找钙钛矿家族中的第三类——全有机钙钛矿材料,其中包括了无金属钙钛矿型铁电体:当材料中所有的金属阳离子都被分子所代替后,其特质会更适应目前对材料的薄膜、柔性、生物兼容等方面的要求。”熊仁根教授告诉记者,其实早在2002年,“Science(科学)”杂志就预言过无金属钙钛矿材料的种种新奇特性。

  据了解,此次的重大科研进展,就是熊仁根教授带领团队历经近二十年的刻苦攻坚,利用带电分子集团取代无机离子,成功地制备出了一大类共计23种全有机新型钙钛矿材料。

  

这类柔软度非常高的合成材料将为电子产品带来巨大变革。

  “这其中,共有17种材料显示出了良好的铁电性、极化强度和相变温度,具有极高的应用潜力。”熊仁根教授介绍。

  课题组游雨蒙教授告诉记者,更值得一提的是,团队合成了4种材料的左手对映体、右手对映体及外消旋化合物,并分别证明了它们的铁电性。

  “十多年前,‘Science(科学)’杂志就明确提出了利用手性分子组装具有手性对映体的无金属钙钛矿材料。”游雨蒙教授解释,所谓的手性,是指一个物体不能与其镜像相重合。“比如我们的双手,左手与互成镜像的右手不重合。手性是宇宙间的普遍特征。”

  所以,此次合成的、同时具有铁电性和手性的化合物,是极为罕见的。

  “结合全有机钙钛矿材料多变的结构和组分、独特的铁电性质以及手性对映体对于光的不同处理,预计这类合成材料未来将在数据存储、逻辑运算、光量子通信、光学雷达、能源转换等应用中崭露头角。”课题组游雨蒙教授向记者,从实际使用来说,这种材料可为人类带来更薄、更小、更为柔软可弯折的电子产品;并可适应人体环境,制作出更舒适有效的医疗植入器械。

  据悉,这一论文是江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室(前身为东南大学有序物质科学研究中心)的一项重要成果。本文的第一作者叶恒云(现单位为江西理工大学,共同第一作者)、汤渊源博士(共同第一作者)、李鹏飞博士(共同第一作者)以及合作者高继兴博士、花秀妮博士、石萍萍老师、游雨蒙教授(共同通讯作者)、熊仁根教授(共同通讯作者)等均来自该实验室。重点实验室的前身为熊仁根教授2006年组建的东南大学有序物质科学研究中心,该重点实验室也是东南大学“生物电子学”国家重点实验室的组成部分。(完)

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