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鐵電具有的獨(dú)特的光、電、力、熱等性質(zhì)，吸引了科學(xué)和工業(yè)界的廣泛興趣。目前，陶瓷主導(dǎo)了諸多電子陶瓷行業(yè)，從非易失性存儲器（NVM）到壓電聲納或超聲換能器。無機(jī)鐵電材料的極化可以在多個(gè)方向上重新定向，使得它們可以制作成陶瓷和薄膜等器件。這為分子鐵電材料的發(fā)展和研究提供了很多靈感，近幾十年來分子鐵電材料得到了快速地發(fā)展。然而，如何讓分子鐵電材料在多晶樣品狀態(tài)下表現(xiàn)出宏觀鐵電性，從而具有更優(yōu)越的應(yīng)用潛力，是具有挑戰(zhàn)的探索工作。對于促進(jìn)器件化應(yīng)用和多學(xué)科前沿交叉具有重要的意義。

其中，以“似球—非球”和“托福（氟）效應(yīng)”鐵電化學(xué)的學(xué)科設(shè)計(jì)思路，通過氟/氫取代設(shè)計(jì)合成得到具有低維氏硬度（10.5 HV）的多晶分子鐵電體，相關(guān)成果以“The Soft Molecular Polycrystalline Ferroelectric Realized by Fluorination Effect”為題發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.（《美國化學(xué)會(huì)志》）。

此外，以手性設(shè)計(jì)鐵電化學(xué)為創(chuàng)新點(diǎn)的第一例手性Me-Dabco鐵電體成果以“High-Tc Enantiomeric Ferroelectrics Based on Homochiral Dabco-derivatives (Dabco = 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane)”為題發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.（《德國應(yīng)用化學(xué)》）。

托福（氟）效應(yīng)成果介紹：基于氟代奎寧環(huán)（類Dabco）

圖1 [3-F-Q][ReO₄]的托福（氟）效應(yīng)設(shè)計(jì)合成策略和似球非球相變結(jié)構(gòu)

多軸分子鐵電體的創(chuàng)新性發(fā)展迫在眉睫。為了尋求成本低、生物相容性和機(jī)械靈活性好的分子鐵電材料，團(tuán)隊(duì)基于奎寧環(huán)高錸酸鹽化合物，采用氟/氫取代策略（圖1），成功地設(shè)計(jì)了一例多極軸分子鐵電體，其多極軸特征表現(xiàn)為極好的薄膜宏觀鐵電性（圖2）。氟化作用不僅增加其飽和極化值，還大大降低了矯頑場強(qiáng)。進(jìn)一步深入研究了氟代效應(yīng)對晶體結(jié)構(gòu)對稱性和鐵電性的影響。有趣的是，其還是已知分子鐵電材料中最軟的，10.5 HV的低維氏硬度可與聚偏二氟乙烯（PVDF，11.6 HV）相媲美，但比BaTiO₃（869 HV）低近兩個(gè)數(shù)量級。這些特性使其在可穿戴柔性設(shè)備以及生物力學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用前景。

圖2（a）粉末壓片SEM圖；（b）介電溫度依賴性，插圖為粉末壓片測得的P-E電滯回線；（c）相同電場下，部分典型分子鐵電體粉末壓片狀態(tài)的P-E關(guān)系，（d）薄膜光學(xué)顯微鏡照片；（e）薄膜P-E電滯回線；（f）鐵電薄膜疲勞特性

手性化誘導(dǎo)成果介紹：基于甲基Dabco

手性和鐵電性之間的淵源可以追溯到1920年第一個(gè)鐵電體的發(fā)現(xiàn)，即含有酒石酸根手性離子的羅息鹽。在分子材料的構(gòu)筑過程中，只有單一手性分子的參與才能有效保證非中心對稱晶格的形成。明星分子Dabco集中了非常多的鐵電課題，諸多科研人員多年持續(xù)圍繞其開展鐵電研究。通常，理論上認(rèn)為手性化后的Dabco分子更加容易成為潛在的鐵電體。如Dabco甲基化等，但是實(shí)際上非常奇怪和特殊，一直以來科研人員嘗試的甲基化等手性修飾后的Dabco全部以失敗告終，一直沒有實(shí)現(xiàn)手性Dabco的鐵電特性，難度非常大。我們首次成功解決了這個(gè)難題。這為明星鐵電分子Dabco的衍生和拓展出更多的優(yōu)異特性鐵電材料提供了非常有幫助的策略。該成果被編委會(huì)在WileyChem’s Wechat platform介紹（chemistry news outlet in China）。從實(shí)驗(yàn)上再次驗(yàn)證了手性化鐵電設(shè)計(jì)策略的高概率和鐵電理論。

圖3 R/S/rac（R、S和消旋）構(gòu)型的設(shè)計(jì)思路及高居里溫度

與鐵電疇電驅(qū)動(dòng)誘導(dǎo)翻轉(zhuǎn)

該系列分子鐵電材料的設(shè)計(jì)合成是分子鐵電科學(xué)與應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì)繼發(fā)現(xiàn)超大壓電電壓系數(shù)二維鈣鈦礦鐵電體（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1077?1082）和具有圓偏振光學(xué)特性的鈣鈦礦對映鐵電體（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 4756?4761）以來又一重要階段性重要成果。付大偉教授為通訊作者之一，研究成果得到了浙江師范大學(xué)科研基金和基金委重大項(xiàng)目課題的資助。

部分成果連接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05372

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202007660 

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b13291

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12368