在室温下制备高居里点的有机铁电薄膜(2)
晶体中的自发极化与晶体的结构密不可分。当晶体的对称性被打破后，其正负电荷中心不重合，而产生电偶极子。然而当温度较高时，晶体中原子的热振动占优势，热振动的随机性会使得晶体的结构无反对称性，此时的晶体为顺电相，而随着温度的降低，原子热振动的影响减少，晶体结构属于无对称性的极性结构，此时晶体为铁电相[2,3]。在这里顺电相变为铁电相的温度称为居里温度，用TC表示。
由以上的分析可知，晶体中原子相对于原始晶格中该原子的位置产生一个位移，从而使得晶体结构的对称性降低，从而是晶体出现铁电性。Abrahams等人提出[4]一个晶体如果要具有铁电性，需要满足的条件是，该晶体中的原子相对于原始晶格产生的位移要在0.01nm到0.1nm之间，如果产生的位移不在这个范围内，那么晶体就不具备铁电性。并且根据AKJ理论，可以估计出材料的居里温度不得高于2000K。这里所说的 AKJ理论，是指上述所说的产生相对于原始晶格产生位移的原子，在温度为居里温度时其热振动正好可以使其在理论位置以及产生自发极化的位置之间随机地变换。
铁电体的自发极化方向在外电场的作用下会发生改变，其随着外电场的变化关系如图1.1所示，这就是我们常说的的电滞回线，反映了铁电体极化强度随外电场的变化关系。图中蓝色的线段反应了在刚加电场是极化强度的变化，在电场较小时极化强度随着外电场的增加呈正比地增加，在这段过程中畴壁在外电场的作用下会发生可逆的位移。随着外加电场继续增加，极化强度趋于饱和，而在此阶段，畴壁随着外电场发生不可逆的位移，而自发极化也随着外电场的变化线性小幅度地增加，做此段回线切线的反向延长线，与X轴的交点就是我们常说的自发极化强度。当极化达到饱和时，也即是整个铁电体都具有同一的极化方向的时候，对应着图中的J点。那么当外加电场在此退为零的时候，晶体中的极化强度又是怎么变化的呢？理所当然的觉得极化强度应该沿原路返回，当电场退为零的时候极化强度也退为零。然而，事实并非如此，当外加电场退为零后，晶体中任然存在极化强度，这就是我们所说的剩余极化强度，用字母Pr表示。当外电场从零开始再反向地增加时，极化强度会随着电场的变化从剩余极化强度开始减小，极化强度减小到零的时候对应的外加电场强度称为矫顽场强度。
图1.1 铁电体极化强度与外电场的关系----电滞回线
1.2高氯酸咪唑的研究现状
目前，在实际中得到应用的铁电材料多为无机的钙钛矿结构的铁电材料。因而多年来铁电薄膜的研究重点一直在无机铁电薄膜的方面。然而近几年，在有机铁电体的研究方面也取得了重要的进展。分子铁电体有着质轻、易加工、环境友好等优良的性能，且其铁电方面的性质也接近于钙钛矿。例如，邻二羟环戊烯三酮有较大的自发极化强度，在23μC/cm2；DIPAB的铁电相转变温度为426K，甚至超过了BTO的转变温度。所以对有机铁电体的研究显得更加的重要。
2014年3月，Yi Zhang等人在Angewandte Chemie上发表了他们对于高氯酸咪唑的单晶以及薄膜的研究成果[9]，同年4月份 Science的Editor’s Choice对他们的也就成果也有所强调。本文在Yi Zhang等人研究的基础上，进一步研究了该有机薄膜的生长机制，并研究改进了薄膜的生长制备方法，成功的制备出了尺度为毫米量级的高氯酸咪唑的单晶薄膜。高氯酸咪唑薄膜具有良好的铁电性能，其铁电性能与其单晶的铁电性能相当，因而有着很大的应用潜力。
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