近日，东南大学熊仁根团队、游雨蒙课题组在分子铁电材料领域再次取得重要研究进展。相关研究结果以“Metal-Free Three-Dimensional Perovskite Ferroelectrics（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《科学》杂志在线发表。本次的研究结果是自2013年、2017年以来该团队在国际顶尖期刊《科学》上以东南大学为第一完成单位发表的第三篇论文。
《无金属三维钙钛矿铁电体》
常见的钙钛矿材料主要有无机钙钛矿和有机-无机杂化型钙钛矿两种。这两类钙钛矿材料均带有金属元素，虽然金属元素的出现赋予了钙钛矿材料某些功能性优势，但也加大了其加工、制备的困难。除此以外，某些金属元素更是会造成严重的环境问题。
因此，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，因为当材料中所有的金属阳离子都被分子所代替后，材料不但会展现出某些“神奇”的性质，同时其制备加工难度也会大大降低，更加适应新时期对材料的薄膜、柔性、生物兼容等方面的要求。
国际顶级学术期刊《科学》曾在2002年预言过无金属钙钛矿材料的种种新奇特性。其中，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。然而十余年过去，无金属钙钛矿材料的发展一直止步不前。
东南大学分子铁电团队经过刻苦攻关，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，17种材料显示出了良好的铁电性。研究成果的发表，不但将十余年前的预言变成了现实，为钙钛矿这一重要的材料家族增添了新的成员，同时也为铁电材料的研究带来了新的思路和方向，更是标志着我国在分子材料领域又一次走在了世界前列。
本次发现的MDABCO-NH4I3，不但具有接近无机陶瓷铁电体钛酸钡（BTO）的极化强度（Ps），其相变温度甚至超过BTO约50摄氏度，具有极高的应用前景。同时，与无机钙钛矿铁电体类似，这类新型无金属钙钛矿铁电体也具有多重极化轴，以MDABCO-NH4I3为代表，高达四重极轴带来了多达八个可选择的极化方向，和巨大的薄膜应用潜力。
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。在历史上，像左手性、右手性和无手性的化合物同时具有铁电性的例子从未有过报道。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，这类材料也将在数据存储、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。
据了解，该论文同时是江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室的一项重要成果。江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室前身为熊仁根教授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。
在熊仁根教授的带领下，团队以分子基铁电材料作为主要研究方向，大量研究成果被国际顶级学术期刊发表，并获得了包括国家自然科学二等奖在内的多个奖项。重点实验室也成为了一支“领跑”分子铁电研究的优秀团队。
2018-7-13 【凤凰网】
