江西理工大学冶金与化学工程学院张毅

wuyuan

自从CaTiO3钙钛矿于1839年被发现，各种金属氧化物钙钛矿被合成并展现了多种有意义的物理特性，包括铁电性、压电性、体光伏效应和高温超导性等。近十年来，三维（3D）杂化铅基卤素钙钛矿因其优异的光电性能和低成本的加工性能在材料科学领域受到广泛关注，相关的研究工作取得了显著的成就。然而，3D铅基卤素钙钛矿存在着环境稳定性差，铁电性存在争议等问题。在这种情况下，二维（2D）杂化铅基卤素钙钛矿被认为是有希望的替代者。其在保持优异光电性能的同时，表现出更好的环境稳定性。此外，结构的多样性和可调性为实现铁电性提供了无限可能。在此基础上，科研人员开发出了一系列具有可调谐光电和X-射线探测性能的新型2D杂化铅基卤素钙钛矿铁电半导体。但这些2D杂化铅基卤素钙钛矿铁电半导体正面临着越来越多的环境问题。

　　江西理工大学无序物质科学研究中心张毅、叶恒云团队和陕西师范大学赵奎团队针对这一问题设计开发出了一例可以生长出厘米级单晶的无铅杂化双钙钛矿铁电半导体。该化合物具有优异的铁电性和X-射线探测性能。相关的成果发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202009457）上。
　　为了兼顾环境友好（无铅）和优异的光电功能特性，无毒或低毒的无铅卤素双钙钛矿材料在X-射线探测、发光和光伏领域，将有希望成为铅基钙钛矿光电材料的有益补充。值得注意的是，最近在杂化溴化双钙钛矿中首次实现铁电性和X-射线探测性的(ClC3H10N)4AgBiBr8为无铅卤素双钙钛矿铁电和光电多功能材料的制备提供了新的思路。然而，与铅基同类产品相比，无铅卤素双钙钛矿铁电半导体正面临着两个迫在眉睫的任务，即进一步提高铁电性（如高的Tc和大的Ps）和光电性能（高的X-射线探测灵敏度）。研究团队基于前期对分子铁电设计合成的经验和对前人报道的铅基卤素钙钛矿铁电半导体系统研究后，从以下两个方面得到了启发。首先，有机阳离子的结构特征对铁电性能起着关键性的作用。例如，采用环形有机阳离子为模板的二维铅基卤素钙钛矿往往比采用链形有机阳离子具有更高的Tc。其次，无机层中的卤素的类型在光电性能方面发挥着另一个重要作用，因为碘离子比溴离子和氯离子更有助于实现更高的X-射线衰减。然而，在二维无铅碘化物双钙钛矿中尚未实现铁电性。在此背景下，研究团队采取了环形的有机阳胺离子（4,4-Difluoropiperidine，DFPIP）为模板，以具有更为优异光电性能的(AgBiI8)n4-为阴离子层，构建出了具有优异铁电性（Tc = 422 K, Ps = 10.5 μC cm-2）和出色X-射线探测性能（灵敏度 = 188 μC·Gyair-1cm-2，探测限度 ＜ 3.13 μGyair·s-1）的碘化双钙钛矿铁电半导体，(DFPIP)4AgBiI8。这项工作将会对铁电材料、杂化钙钛矿、光电子及相关领域的研究具有重要的指导意义。无疑将推动无铅双金属钙钛矿在记忆存储，医学检查，工业探测等高端材料领域的实际应用。
　　文章来源：materialsviewschina
　　文章链接：https://www.materialsviewschina.com/2021/01/51812/