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高文秀博士关于卤化物钙钛矿铁电体的工作发表在Small Methods

编辑:admin 发布时间:2020-06-06 访问次数:

钙钛矿材料是一类具有ABX3通式结构的化合物材料,其发现可以追溯到1839年,并于1892年以俄国地质学家的名字Perovskite而命名。钙钛矿氧化物材料ABO3在传感器、驱动器、记忆存储器、能量存储设备、表面声波器件、光电子器件和微机电系统等现代科技应用中发挥至关重要的作用,其中BaTiO31950年以来即被广泛应用于电容器等领域。卤化物钙钛矿材料(A=Cs or MA = CH3NH3+, B=Pb2+ or Sn2+, X = F, Cl, Br, or I)则因独特的光电性能——高效的光吸收能力和载流子迁移率高缺陷容忍度等,成为优异的光伏材料。自2009年日本科学家首次报道钙钛矿太阳能电池以来,在短短的几年内,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从3.8%上升到22.7%,掀起了基于钙钛矿材料的太阳能电池研究热潮。同时,卤化物钙钛矿材料凭借其结构柔韧、制备经济简单、轻质等优点,在光电探测器、发光二极管、X γ射线探测器以及激光设备等光电器件领域实现飞跃式发展。其中,理论证明,铁电性对提升卤素钙钛矿材料相关性能有着至关重要的作用。此外,近年来一系列高居里温度、高压电性能卤化物钙钛矿材料被发现,成为又一项新兴热点研究课题。相关科研人员孜孜不倦地开展广泛而深入的研究工作,在基础性能的稳定提升和应用前景的延伸拓展道路上克服瓶颈,挖掘出丰富而多样的宝藏。

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澳大利亚新南威尔士大学(University of New South WalesTom Wu(吴韬)教授和南京理工大学袁国亮教授一直致力于金属卤化物钙钛矿材料制备及其铁电压电性能的研究。日前,针对相关领域已有研究成果,吴教授和袁教授,携手南京大学刘俊明教授等人,就当今热点关注的卤化物钙钛矿铁电体研究进展进行了系统综述和前景展望。文章首先简要概述了铁电材料物理机制及典型测试手段。随后,重点分析介绍了弱铁电性有机-铅卤化物钙钛矿半导体材料(如MAPbI3)和强压电性绝缘铁电材料这两类卤化物钙钛矿铁电体。第一类材料中,文章主要强调了其难以捉摸的铁电特性及其对于诸如太阳能电池等光伏特性应用的影响,其中,动态铁电极化被认为是抑制载流子被带电缺陷散射的重要因素之一。第二类材料中,在优异的压电性能(如高达1540 pC N1的压电系数)被重点关注之余,多轴极化、准同型相界和柔性特质也在讨论要文之列。文章通过对现有科研成果的比较分析,探究了各类材料的结构特色、性能优势以及应用潜能,对国际范围内相关领域已获得的研究成果做出了串联和归纳。最后,文章总结并展望了钙钛矿铁电材料的性能和应用(包括光学、机械和能量转化领域),并指出了钙钛矿铁电体在今后发展道路上的五个方向,分别涉及与覆盖了理论机制、材料性能、化学电学稳定性、环境友好性和新型高附加值应用等方面。基于现有研究成果的丰厚基础,文章对于未来钙钛矿铁电体基础性能的优化和新兴应用领域的蓬勃发展持有坚定而乐观的态度。

相关论文以题为“Emergence of Ferroelectricity in Halide Perovskites”发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.202000149) 上,第一共同作者为新南威尔士大学Shamim Shahrokhi博士和南京理工大学高文秀博士。

相关工作得到了国家自然科学基金,国家重点研究项目,以及澳大利亚研究理事会的资助。



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