论文部分内容阅读
第一个铁电体——罗息盐在1920年被发现以来,科学家们已经发现包括无机铁电体有机铁电体在内的上千种铁电体。近些年来,一些性质优越的有机铁电体陆续被发现。其中croconic acid和二异丙胺溴具有超过20μC cm-2的超高自发极化值,并且在室温下具有铁电性,这两种材料的铁电性直逼传统的无机铁电材料,在全球范围内掀起了研究分子基铁电体的热潮。分子基铁电材料相比于无机铁电材料具有容易合成、绿色无污染、价格低廉等优点。本文将针对二异丙胺基铁电材料进行系统研究,主要创新结果包括以下三部分：一、首次通过添加12冠醚4作为辅助生长物质的方法在室温下生长铁电相二异丙胺溴单晶和薄膜。实验证明12冠醚4能够促进铁电相的二异丙胺溴的生长,用这种方法生长出来的二异丙胺溴单晶的热释电系数约为65-325 μC m-2K-1,可以成为良好的红外探测器材料。而用此方法制备出来的二异丙胺溴薄膜的热释电系数更是超越了二异丙胺溴单晶,证明二异丙胺溴具有很大的应用潜力。室温下在溶液中添加12冠醚4作为辅助剂生长铁电体二异丙胺溴的方法将会促进二异丙胺溴铁电性在实际生活中的应用。这种方法也可以被借鉴到生长其他难生长的铁电材料中去。二、我们成功生长出一系列氯掺杂二异丙胺溴(DIPAB-C)单晶。氯掺杂晶体DIPAB-C的相变跟DIPAB类似,在升温过程中有两个相变(在T1温度发生从P212121到P21的相变、在T2温度发生的从P21到P21/m的相变),但是在降温过程中只有一个相变(从P21/3变为P21相)。铁电一顺电相变温度可以通过改变掺杂的氯元素的浓度在423 K到429 K之间调制。掺杂样品的自发极化从不掺杂时的23μC/cm2降到氯含量为x=0.08时的13μC/cm2,但是当x>0.1时,自发极化值在很大的氯掺杂浓度范围内保持在约14μC/cm2。实验证实自发极化值、相变温度、晶格参数都可以通过掺杂同种类元素进行调制。三、分子基铁电体的相变温度通常低于无机铁电体,因为分子基铁电体中的电子-电子作用力以及电子-声子作用力都比较弱。所以具有高于室温的居里温度的分子基铁电体比较少,这严重限制了分子基铁电体在现代电子领域的应用。但是我们发现了一种相变点高于室温的非本征铁电体——二异丙胺高氯酸。非本征铁电体除了铁电性以外还有介电开关效应,是比较理想的热释电材料。在加热过程中,二异丙胺高氯酸的铁电——顺电相变发生在338 K,这个铁电相变可以通过结构分析,差示热扫描量热分析,介电测量,热释电以及拉曼光谱得到验证。根据热释电电流积分以及铁电电滞回线得到二异丙胺高氯酸室温下的自发极化值约为0.1μC/cm-2，但是通过第一性原理计算得到二异丙胺高氯酸的自发极化值高达20 μC/cm-2。这种大的理论上的自发极化值可以通过设计调制分子基铁电材料结构来实现