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中国首创无金属钙钛矿铁电体
2019-01-09 中国教育和科研计算机网 袁玉凝

  2018年12月26日,教育部科学技术委员会公布了2018年度“中国高等学校十大科技进展”入选项目名单,东南大学的《世界首例无金属钙钛矿铁电体》项目成功入选。实际上,早在2018年7月13日熊仁根教授团队和游雨蒙教授课题组就以“无金属三维钙钛矿铁电体”为题,将研究成果发表在“Science(科学)”杂志上。该成果的诞生标志着中国在分子材料领域又一次走在了世界前列。

  钙钛矿材料作为一类非常重要的功能性材料,一直是凝聚态物理和材料科学研究的前沿。由于其组成及结构的灵活性和多变性,该类材料可以包容多种不同类型的有机或无机离子,进而展现许多优异的物理、化学性质和独特的功能特性,在能源、材料、信息、催化等多个领域都具有重大的应用价值。自从上世纪40年代以来,钙钛矿材料几乎占据了工业铁电材料的大半壁江山。常见的钙钛矿材料主要有两种,无机钙钛矿和有机-无机杂化钙钛矿,从B超探头到航天飞机等先进设备都需要这类材料的应用。然而,由于钙钛矿薄膜材料的制备成本高昂并且具有潜在的重金属毒性,研究人员一直在努力寻找其替代策略。

  熊仁根团队和游雨蒙课题组将多年分子铁电体的合成经验与分子设计相结合,巧妙的将所有金属离子都用带电分子基团所取代,终于合成出了17种全新的有机钙钛矿铁电材料,这些新型材料具有优异的铁电性和多极轴特性。更值得一提的是,课题组通过调控有机基团的手性,合成了四种有机钙钛矿铁电体的左手对映体、右手对映体,并分别获得了其外消旋化合物,完美地实现了人们对旋光性钙钛矿材料的长久期盼。

  结合无金属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响应,这类合成材料未来将在数据存储、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。在生活应用方面,这种材料可为人类带来更薄、更小、更为柔软可弯折的电子产品;并可适应人体环境,制作出更舒适有效的医疗植入器械。

  此次的重大科研进展,是熊仁根教授团队历经近二十年刻苦攻坚的结果,它的诞生为我们带来了全新的科学新材料,突破了世界纪录,成为中国首创,也为未来世界创造了更多的可能性。

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