有机铁电薄膜制备及其光电性能表征(2)
1．1 有机铁电概述
1921年，酒石酸钠钾（又叫罗息盐）上首次发现在有机物中存在铁电效应。之后一段时间中，也陆续报道出在酒石酸氢钾（简称KDP）、硫酸三甘氨酸（TGS）、聚偏氟乙烯（PVDF）、内胺化合物等有机物上的相关铁电性。我们所说的铁电体，是这样的晶体：在一定温度下具有自发极化，其自发极化至少要有两个可能取向，而且在电场作用下它的取向可变 [1-2]。根据目前的研究，大家认为氢键或其他离子官能团是导致有机物中产生铁电性主要两类原因[3-4]。
自一九七四年以来，以PVDF材料为代表的有机铁电体薄膜，不断地开发出前所未有的新用途，在非常宽广的领域展现了它优良的性能和相当大的潜力[5]。铁电PVDF聚合物由-CH2-CF2-聚合而形成，属于链状聚合物。它已经被应用于压电传感、水声探测等，正是因为它具有化学性质稳定、可低温下制备和薄膜柔软可以一定程度弯曲等优点[6]。另外为了提升PVDF的介电性， Zhiming Dang等人往该物质中掺入Ni，从而希望将它应用于介电等更广方面[7]。
近期，分子铁电体是凝聚态物理领域的研究热点之一，不断有新的物质被计算模拟证明铁电性的存在，并实际合成。但这其中绝大多数都难以在实际应用中发挥作用，但是因为它们大多居里点低于室温，而且极化强度弱[8-9]。
2013年1月，东南大学Dawei Fu课题组在Nature上发表文章，表明他们研究发现了一种新型有机铁电体——溴化二异丙基胺（DIPAB），经过对其各项分析发现：相比于传统压电材料钛酸钡，溴化二异丙基胺单晶的自发极化强度与之相近，而介电损耗值低，居里温度更高，介电强度高，这些好性能为其能在实际中应用奠定了客观基础[10]。
2014年3月，Yi Zhang等人在Angewandte Chemie上发表了他们对于高氯酸咪唑（Im）的单晶以及薄膜的研究成果，阐述了Im作为一种分子铁电体，具有远高于常见压电材料的电-机械耦合效应，同时可以以枝晶生长的方式形成具备一定晶体取向的薄膜[11]。本课题组带头人Guoliang Yuan为本文共同通讯作者。这一研究成果得到了大量肯定，所示在同年4月份被Science的Editor’s Choice着重报道，报道中有如图1-1枝晶生长成的Im薄膜光学显微镜图。
图1-1枝晶生长成的Im薄膜光学显微镜图
1．2 C4H8NCdCl3有机铁电材料
本课题研究的分子铁电体C4H8NCdCl3是一种金属-有机复合结构（MOFs）分子铁电体，近年来有许多关于这一类铁电体的报道。初步研究表明，C4H8NCdCl3的 Tc为127摄氏度，这在分子铁电体中是一个非常高的数值，其同时具有良好的压电性、铁电性，因此本课题选择其制备薄膜，进行进一步的性质探究。图1-4晶格结构三文是由东南大学课题组也是制备C4H8CdCl3粉末的课题组模拟得到的样品晶格结构。这种MOFs的一个结晶学晶胞结构如图1-2所示，其具有类钙钛矿结构。
图1-2 C4H8NCdCl3三文晶胞结构示意图
1．3 本文研究的内容和意义
本课题拟研究的内容：1.如何稳定制备出均匀的C4H8NCdCl3薄膜；2.表征薄膜的铁电性与其他光电性质；3.研究该有机铁电薄膜的择优生长取向。
本课题拟采用的研究手段如下：
1) 利用原子力显微镜（AFM）对制备的薄膜的表面形貌进行表征，用压电响应力显微镜（PFM）对薄膜的铁电性进行表征；
2) 利用X射线衍射分析技术（XRD）测试C4H8NCdCl3粉末和薄膜的XRD图谱，并用Material Studio 进行分析，确定晶体生长择优取向和晶面；
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