钙钛矿型分子基铁电体的全矩阵参数研究与电畴结构优化

Molecular perovskite ferroelectrics have attracted much attention due to their easy and environmental-friendly processing, light weight and mechanical flexibility. Investigation and enhancement of their electromechanical properties are of great importance for promoting their application. In this proposal, molecular perovskite ferroelectrics are chosen as the prototype. The variation of complete set of material constants with different cuts and external fields will be measured. Anisotropy and temperature stability of electromechanical properties will be analyzed. Domain structure under various external fields will be studied. The relationship between domain structure and the complete set of material constants will be revealed. Electromechanical properties will be enhanced by domain engineering technique. This research will provide experimental and theoretical guidance for their further application.

钙钛矿型分子基铁电体近年来由于其制备简单、环保无毒、质量轻、柔性高的优势成为传统铁电体的有力补充。机电性能的研究与优化对推动其应用进程具有重要的意义。本项目拟以钙钛矿型分子基铁电体作为研究对象，测量其全矩阵参数随切型、外场的变化规律，分析材料机电性能的空间各向异性规律与温度稳定性特征；研究电畴结构随外场的变化关系，揭示电畴结构与全矩阵参数的内在联系，并通过畴工程技术优化机电性能，为分子基铁电体的应用奠定理论与实验基础。

钙钛矿型分子基铁电体近年来由于制备简单、环保无毒、质量轻、柔性高的优势成为传统铁电体的有力补充。钙钛矿型分子基铁电材料的研究对推动其应用具有重要的意义。本项目针对钙钛矿型分子铁电材料的单晶生长、样品加工、场致相变、电畴结构演变和应用等问题展开。我们在本项目中对多种有机钙钛矿型分子铁电单晶和有机-无机杂化型分子铁电单晶进行了生长和筛选。尤其是对于有机钙钛矿型分子铁电单晶A(NH4)X3（A为二价有机阳离子，X为卤素离子），我们发展了厘米级单晶的生长工艺，并通过加工得到了具有择优取向的[110]c切型的单晶样品，实现了同角度衍射强度的近十倍增长。通过对其介电性能的研究发现，该材料具有相对较高的居里温度(Tc~146℃)和稳定的相结构。宽工作温度窗口使其在柔性智能元件方面具有潜在应用价值。我们进一步搭建了原位电畴观察装置对温度诱导的相变过程中电畴结构的演变进行了研究。基于朗道理论，我们构建三维能量模型，解析这类材料的相变与电畴结构之间的关系。针对有机-无机杂化型铁电材料，设计了基于微米线的场效应晶体管(FET)，实现了室温、空气、黑暗条件下性能的倍增，为这类材料的发展提供了新的思路与机会。