-
世界首例无金属钙钛矿型铁电体问世
关键字: 无金属钙钛矿型铁电体据微信公号“科技日报”(ID:kjrbwx)7月14日报道,做B超再也不需要涂上厚厚一层的蓖麻油,柔软似皮肤的光电器件,极其微波的纳米机器人……这些看似充满梦幻的想象,却因世界首例“无金属钙钛矿型铁电体”材料的问世而变为现实。
7月13日,东南大学熊仁根团队、游雨蒙课题组在“分子铁电材料”领域再次取得重要研究进展,他们相关研究结果以“无金属三维钙钛矿铁电体”为题在世界顶级学术期刊《Science》(科学)杂志在线发表。
图片均来自微信公号“科技日报”
了解这项成果之前,我们先要知道什么是钙钛矿、铁电体和手性。否则,你肯定是一脸懵逼地进来又一脸懵逼地出去。
钙钛矿
广义上的钙钛矿是指一类陶瓷氧化物。钙钛矿材料结构式一般为ABX3,其中A和B是两种阳离子,X是阴离子。这种奇特的晶体结构让它具备了很多独特的理化性质,比如吸光性、电催化性等等,在化学、物理领域有不小的应用。钙钛矿大家族里现已包括了数百种物质,从导体、半导体到绝缘体,范围极为广泛,其中很多是人工合成的。钙钛矿如今是光伏电池的新宠,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池光电转换效率超过20%。
在大自然中,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。但是,这两类钙钛矿材料均含有金属元素,这就加大了其加工、制备的困难,而且加工出来的材料柔韧性较差,某些金属元素(比如铅)更是会造成严重的环境污染。
铁电体
铁电体是一种对外界电刺激具有一定“记忆性”的材料,其实这类材料中并不含有铁,只是具有铁电性。而铁电性一词来源于铁磁性,这里的“铁”与钢铁中的铁完全没有关系,是指自发磁化或自发极化。人们发现,铁电体的电滞回线和磁滞回线相似,于是就命名为铁电性。
近年来,铁电体的应用前景愈发看好,比如铁电存储,传统的存储介质比如磁盘、磁卡等,如果暴露在强磁场中,就会失效,而铁电存储则没有这个问题。它还可用于图象显示,目前已经研制出一些透明铁电陶瓷器件,如显示器件、光阀,全息照相器件等,就是利用外加电场使铁电畴作一定的取向。总之,在光电领域,铁电体是一类新兴的“潜力股”。
手性
所谓的手性就是指一个物体不能与其镜像相重合,两者无比相似,却永远无法重合,甚至可能有着不一样的性格和认知。比如我们的双手,左手与互成镜像的右手不重合。还有许多自然界存在的化合物分子,原子组成相同,两个分子结构从平面上没有什么不同。但在空间立体结构上稍有变化,在生理、药理活性上就有可能天差地别,甚至是左旋分子能治病,右旋分子就有可能致命。
手性可谓是大自然设计出的一个高明的“密码开关”,在自然界的各个方面,尤其是物理和化学中,都广泛地存在着许多对称的概念:带负电的电子与带正电的反电子,磁场的南极和北极,以及化学中的分解和化合反应。就连遥远的河外星系也存在着正旋和逆旋的旋涡结构。杨振宁先生和李政道先生1957年获得诺贝尔奖的成果,就与手性相关。
现在我们已经知道,钙钛矿材料应用非常普遍,从日常用品打火机到航天飞机等先进设备都需要用到这类材料。但是这两类钙钛矿材料均带有金属元素,有着天然的缺陷。多年来,人们一直在寻找钙钛矿家族中的第三类——全有机钙钛矿材料,即无金属钙钛矿。
“让钙钛矿材料脱掉金属的‘紧箍咒’,换来的是一种更宝贵的自由。” 东南大学游雨蒙教授介绍,当材料中所有的金属阳离子都被分子所代替后,材料不但会展现出某些“神奇”的性质,同时其制备加工难度也会大大降低,更加适应新时期对材料的薄膜、柔性、生物兼容等方面的要求。
早在2002年,国际顶级学术期刊《Science》就曾预言,无金属钙钛矿材料的种种新奇特性。其中,明确提出了利用手性分子组装具有手性对映体的无金属钙钛矿材料。但是,世界各国科学家苦苦研究了几十年,也没能取得突破。
东南大学的科研团队,巧妙地利用动态的晶体工程及极富创意性的“似球非球”设计理论,使带电分子集团取代无机离子,成功地制备出了一大类共计23种全有机新型钙钛矿材料。其中,共有17种材料显示出了良好的铁电性。同时,与无机钙钛矿铁电体类似,这类新型无金属钙钛矿铁电体也具有多重极化轴,由此也带来了巨大的薄膜应用潜力。
更值得一提的是,团队合成了4种材料的左手对映体、右手对映体及外消旋化合物,并分别证明了它们的铁电性。在历史上,像这样左手性、右手性和无手性的化合物同时具有铁电性的例子从未有过报道。结合全有机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,这类材料也将在数据存储、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。
这一研究成果被《科学》发表,不但将十余年前的预言变成了现实,为钙钛矿这一重要的材料家族增添了新的成员,同时也为铁电材料的研究带来了新的思路和方向,更是标志着我国在分子材料领域又一次走在了世界前列。
- 原标题:世界首例无金属钙钛矿型铁电体问世(文末附视频)
- 责任编辑:唐艳飞
- 最后更新: 2018-07-14 18:06:30
-
我国学者“时间折叠法”首次实现皮秒精度任意序列发生器
2018-07-14 15:01 科技前沿 -
华大基因会复制百度的魏则西事件吗?
2018-07-14 06:36 -
“消失”的努比亚
2018-07-14 06:33 -
中国移动将与小米达成战略合作,共同拓展5G、物联网等市场
2018-07-13 17:59 -
携程回应严查出境游:100%具备旅行社、出境游双资质
2018-07-13 17:50 -
央行:推广非现金支付工具时不得炒作“无现金”概念
2018-07-13 16:08 -
宣布投入数十亿元后 饿了么上海日交易额破亿
2018-07-13 15:49 -
孵化两大超级独角兽,京东的目标仍是“零售基础设施”
2018-07-13 13:19 -
搜狗劫百度流量案败诉后拒不履行判决 百度申请法院强制执行
2018-07-13 11:45 -
永辉超市“国抽”不合格 再次被食药监部门点名
2018-07-13 11:04 -
送餐费暴涨,外卖哥却为几块钱与生命赛跑,谁在收割红利?
2018-07-13 09:58 -
携程为女高管提供冻卵等生育福利:最高200万和7天带薪假
2018-07-13 09:46 -
虽然能让女人变女神,但美颜手机真的要凉了
2018-07-13 09:22 -
C919进入密集研发试飞阶段
2018-07-13 08:42 科技前沿 -
我国正在建设可重复使用空间科学试验平台
2018-07-13 07:30 航空航天 -
我国首个自主研发抗艾滋病药物获批上市
2018-07-12 22:01 -
9月苹果将推两款iPhone!双卡版iPhone并未在列
2018-07-12 19:55 -
又对上了!大屏大电量 小米Max3与荣耀Note10对标
2018-07-12 19:50 -
巨头带动下,非洲市场将成手机销量引擎?
2018-07-12 19:47 -
代理商跑路、世界杯套餐大打折扣,华帝文字游戏玩的6啊
2018-07-12 18:47
相关推荐 -
“美方指控好比说中餐菜单能监视食客,笑话” 评论 11“严看死守,光干部餐食费就十多万,最后还是烧了” 评论 228“我们美国说要做的事,中国人已经做到了” 评论 115荷兰“拼了”:阿斯麦,别走! 评论 133“嫌犯从乌克兰获大量资金和加密货币,有确凿数据” 评论 358最新闻 Hot
-
荷兰“拼了”:阿斯麦,别走!
-
“到处都是中国威胁的夸张想象,美国很久没这样诋毁他国了”
-
美国没援乌,他倒急了:会被中国大陆看到你们的软弱!
-
《经济学人》:欧洲经济遭“三杀”,俄乌冲突、中国、特朗普
-
内塔尼亚胡重大政治危机:犹太教徒或被迫上前线
-
“我们美国人说要做的事,中国人已经做到了”
-
“嫌犯从乌克兰获大量资金和加密货币,有确凿数据”
-
“美正拟中国先进芯片企业黑名单”,驻美大使馆回应
-
“要三思啊,这种民族主义口号将毁掉国家”
-
“如果TikTok被禁,美科技巨头也应该被调查”
-
美方对俄隐瞒了部分信息?克宫回应
-
美主持人问了大家想问不敢问的问题,白宫“震怒”
-
法国叫停安理会会议,扎哈罗娃怒斥:做贼心虚
-
中国在全球率先商用5.5G,首批百城名单公布
-
这条中马“一带一路”重点铁路项目 “或延伸至泰国”
-
印度强烈抗议美国:民主国家不能这样
-