江西理工大學《JACS》稀土新材料研究領域又一重要突破！

在國家自然科學基金，江西省青年科學基金，無序物質科學研究中心啟動基金，江西省雙千計劃和江西理工大學雙一流學科建設經費的支持下，江西理工大學無序物質科學研究中心張毅和葉恆雲教授團隊在稀土新材料研究領域取得又一重要突破，最新成果近期在《Journal of the American Chemical Society》（《美國化學會志》）以「Large Piezoelectric Response in Hybrid Rare-Earth Double Perovskite Relaxor Ferroelectrics」（雜化稀土復鈣鈦礦弛豫型鐵電體中的大壓電響應）為題在線發表。

論文連結：

https://doi.org/10.1021/jacs.0c00480

壓電材料可以將機械能轉化為電能，反之亦然。這一功能使它們適用於廣泛的設備應用，如驅動器、換能器和傳感器等。近年來，越來越多的新興領域對壓電材料提出了新的要求，如重量輕、聲阻抗低、柔韌性好、生物相容性好等。有機-無機鈣鈦礦雜化鐵電體因其結合了無機和有機材料的優良特性而成為很有前途的補充材料。有鑑於此，該校無序物質科學研究中心的科研人員，成功設計併合成了雜化稀土復鈣鈦礦弛豫型鐵電體(RM3HQ)2RbLa(NO3)6和(RM3HQ)2NH4La(NO3)6中的大壓電響應。它們的壓電響應值分別可達到106 pC N-1和81 pC N-1。

圖1.(a) (RM3HQ)2RbLa(NO3)6復鈣鈦礦結構，(b)晶體形貌圖及其(c)壓電響應常數。

本研究中，通過在稀土和鹼金屬硝酸鹽構建的三維無機骨架中引入準球形手性有機陽離子，設計合成了雜化稀土復鈣鈦礦弛豫型鐵電體(RM3HQ)2RbLa(NO3)6和(RM3HQ)2NH4La(NO3)6。通過系統的研究發現，這兩個化合物是同時具有R3鐵電相和P213順電相，呈現出多極軸鐵電和鐵彈性。通過變溫壓電響應力顯微鏡(PFM)成像，發現鐵電極性微疇區和順電非極性區在寬溫度範圍內共存。正是由於此兩相的共存，使得不同極化方向的極性微疇相互轉變具有較低的能壘，在施加應力時，極性微疇區的極化旋轉變得容易。鐵電和鐵彈性的耦合促使該體系化合物在外界施加應力時易於實現極化旋轉，從而表現出大的壓電響應。

圖2.在反覆加熱和冷卻過程中2疇結構的連續演變。(a,b)在290 K下，面內PFM相位和振幅圖像。(c,d)在290 K下，面外PFM相位和振幅圖像。(e–p)面外PFM相位和振幅的連續演變過程。從(c,d)290 K →(e,f)313 K →(g,h)290 K →(i,j)333 K →(k,l)290 K →(m,n)353 K →(o,p)290K。

該工作展現了一個新的三維雜化稀土復鈣鈦礦鐵電/壓電材料體系，可以通過改變有機陽離子、鹼金屬離子和稀土離子來實現其性能的調控和優化。由於存在很大的可操作性空間，這一發現也將有利於開發具有優良鐵電、壓電和其他光電特性的新型稀土分子基材料。

江西理工大學簡介：

江西理工大學創辦於1958年，原名江西冶金學院，1988年更名為南方冶金學院，2004年更名為江西理工大學。2013年成為江西省人民政府、工業和信息化部、教育部共建高校。是我國有色金屬工業和鋼鐵工業重要的人才培養和科研基地，被譽為「有色冶金人才搖籃」。

學校本部位於享有「世界鎢都」、「稀土王國」、「客家搖籃」、「紅色故都」之美譽的國家歷史文化名城——江西省贛州市。學校積極服務於我國有色金屬工業、鋼鐵工業和地方經濟社會發展，不斷加強學科建設和科學研究，已構建礦業工程、冶金工程、材料工程、機電一體化、信息技術等一批強勢學科，形成了鎢、銅、稀土、鋰資源綜合開發與利用四大特色和優勢，經濟學、管理學、理學、法學等新興學科也日漸享譽國內。

本文來自：江西理工大學官網。