【原】南昌大学熊仁根团队JACS：无金属三维钙钛矿铁电体的大压电响应！

 1

研究内容

近年来，由于其在铁电体、X射线检测和光电子方面的优异物理特性，具有轻质和环保加工性能的无金属钙钛矿受到了极大的关注。著名的无金属钙钛矿铁电体MDABCO-NH4-I3（MDABCO=N-甲基-N′-二氮杂双环[2.2.2]辛酸）已被证明表现出与无机陶瓷铁电体BaTiO3相当的优异铁电性，如大的自发极化和高居里温度。然而，在无金属钙钛矿家族中，压电作为一个至关重要的指标远远不够。

南昌大学熊仁根教授、廖伟强教授和王仲夏教授通过用氨基取代MDABCO的甲基，成功地合成了一种新型的无金属ABX3型三维钙钛矿铁电体NDABCONH 4-Br3（NDABCO=N-氨基-N′-二氮杂双环[2.2.2]-八角）。测试结果显示，NDABCO-NH4-Br3具有明显的铁电性，同时具有压电性能。相关工作以“Large Piezoelectric Response in a Metal-Free Three-Dimensional Perovskite Ferroelectric”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

 2

研究要点

要点1. 作者合成的无金属三维钙钛矿铁电体NDABCO-NH4-Br3，除了明显的铁电性外，还具有大的压电响应，显示出63 pC/N的大d33，是MDABCO-NH4-I3（14 pC/N）的4倍多。这是迄今为止记录的有机铁电体中d33值的最高水平，并且在分子钙钛矿铁电体中也处于相对较高的位置。

要点2. NDABCO-NH4-Br3具有优异的力学性能，弹性模量和硬度远低于商用硫酸三甘氨酸（TGS）晶体。因此，NDABCO-NH4-Br3有望成为医疗、生物力学、可穿戴和与身体兼容的铁电设备的竞争候选产品。

具有优异特性的NDABCO-NH4-Br3在可穿戴和身体兼容铁电器件中显示出巨大的应用前景。

 3

研究图文

图1.（a）无金属3D钙钛矿铁电体NDABCO-NH4-Br3。（b）加热和运行时NDABCO-NH4-Br3的DSC曲线。

图2. NDABCO-NH4-Br3的晶体结构。

图3. NDABCO-NH4-Br3的铁电性能。

图4. NDABCO-NH4-Br3薄膜的PFM性能。

图5. NDABCO-NH4-Br3的压电和机械性能。

 4

文献详情

Large Piezoelectric Response in a Metal-Free Three-Dimensional Perovskite Ferroelectric

Hua Zhang, Zhe-Kun Xu, Zhong-Xia Wang,* Hang Yu, Hui-Peng Lv, Peng-Fei Li, Wei-Qiang Liao,* Ren-Gen Xiong*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: 10.1021/jacs.3c00646