金属-卤素骨架分子铁电体的设计合成、性能及机理研究

In order to solve the two problems of molecular ferroelectric in contingency of perparation and low Curie temperature, the very few researched small molecule organic phosphine or amine for cation and metal - halogen anion are used to synthesizing a series of ferroelectrics. The corresponding phosphoniums and amine salt compounds and ammoniums or phosphoniums of different metal - halogen skeleton anion are compared. The key factors and laws of raising Curie temperature are explored. The basic theory about the molecular design controlling crystal structure to achieve controllable performance is established. The research of this project provides new ideas for the controllable synthesis of more molecular ferroelectrics with the Curie temperature higher than room temperature, which has very important scientific significance.

针对目前分子铁电体存在制备偶然性和居里温度低这两个问题，采用目前研究极少的小分子有机膦或胺为阳离子与金属-卤素阴离子合成一系列分子铁电体，对比相应膦盐与胺盐化合物及不同金属-卤素骨架阴离子胺盐或膦盐，探寻提高居里温度的关键因素与规律，建立通过分子设计调控晶体结构达到性能可控的基本理论。本项目的研究为可控合成更多居里温度高于室温的分子铁电体提供新思路，具有十分重要的科学意义。

无机铁电陶瓷在钛酸钡(BTO)和锆钛酸铅(PZT)出现后进入迅速发展阶段，但铁电陶瓷材料性能虽好却含重金属，存在生产能耗高、重污染、密度大、矫顽场高、脆性等不足。随着电子信息技术的发展，对传统铁电陶瓷材料提出了新的挑战。新型金属-卤素骨架分子铁电体具有制备温度低、能耗小、环保、透明、质量轻、高柔性、结构可调性高等众多优点。基于此，本项目选择有机小分子胺或铵为阳离子与金属-卤素骨架阴离子采用分子设计合成新型晶体，通过晶体结构测定、X-射线衍射分析、元素分析、差热分析、红外光谱分析等测试方式，研究了分子设计调控晶体结构达到性能可控的基本机理，为后续获取更多金属-卤素骨架分子铁电体提供实验依据。本课题主要进行了以下研究：（1）采用有机小分子胺或铵为阳离子与金属-卤素骨架阴离子或酒石酸阴离子设计合成了几种新型晶体材料，并通过水溶液降温法生长出具有一定尺寸的单晶。（2）对所得材料进行晶体结构、红外光谱分析、差热扫描分析、粉末X-射线衍射分析等测试。（3）研究晶体结构的变化，探寻引起晶体相变的原因，建立通过分子设计调控晶体结构达到性能可控的基本理论，为后续制备出新型常温金属-卤素骨架分子铁电体提供实验基础与理论指导。本项目已按计划完成，发表SCI论文4篇，获授权发明专利3项、实用新型专利1项，申请发明专利1项。本项目主持人在该项目的资助下，入选了2020年度“江西省井冈学者青年学者”。