【仪表网 仪表研发】无机有机杂化铅卤素钙钛矿铁电材料具有优异的铁电性能和半导体性能，近年来已经成为光电功能材料的前沿研究方向。然而该类材料中铅毒性一直是困扰其进一步发展的一个问题。在铅卤素钙钛矿材料中，利用三价金属(In3+、Bi3+、Sb3+)和一价金属(Cu+、K+、Na+、Li+、Ag+)取代有毒元素Pb2+，构筑金属卤素双钙钛矿杂化材料，是一个设计合成非铅无机有机杂化钙钛矿材料的有效手段和策略。同时，这类材料还具有长的载流子寿命、高的缺陷容忍度、低的激子结合能等特点，有望促进高性能绿色光电材料的进一步发展。
中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室“无机光电功能晶体材料”研究员罗军华团队在国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年基金、中科院基础前沿0-1原始创新项目及中科院战略性先导专项等资助下，基于三维钙钛矿材料CsPbBr3，制备出二维双层非铅双金属卤素无机有机杂化“光铁电半导体”(n-propylammonium)2CsAgBiBr7。
铁电半导体是铁电体同时又具有半导体的物理性质，铁电半导体物理学是60年代初发展起来的铁电物理学的一个新领域· 由于能隙宽度Eg的不同，铁电半导体分为宽能隙铁电半导体和窄能隙铁电半导体·宽能隙的如钛酸钡、铌酸锂和AⅤ2BⅥ2型化合物；窄能隙的如AⅣBⅣ型半导体·是铁电体又同时是光导半导体的AⅤBⅥCⅦ型化合物的SbSI的Eg≈2eV.铁电半导体中电子体系与晶格相互作用，电子与元激发(例如软模)相互作用导致一系列的物理现象·
研究表明，金属卤素八面体扭曲和有机阳离子的有序化协同诱导了化合物的铁电自发极化；与此同时，该材料对本征吸收区的光辐射展现了良好的光电探测性能，表现出大的光电探测开/关比(104)，快速的响应时间(141 μs)和高的探测率(5.3 × 1011 Jones)。该工作为设计非铅“光铁电半导体”材料提供了一种全新的策略。
铁电材料是一类具有自发极化并且自发极化能在外电场作用下翻转的功能材料，其研究涉及相变、对称性破缺、极性、自发极化，并由此具有非线性倍频、压电、热释电、铁电、挠曲电、电光效应和高介电常数等性能，在存储、超声、光电子技术方面具有重要的应用。
铁电材料是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域热门的研究课题之一。晶体，其原因在于他们具有相当优异的性能。许多电光晶体、压电材料就是铁电晶体。铁电晶体无论在技术上或理论上都具有重要的意义。
此前，团队从研究分子运动引起物质结构相变开始(Adv. Fuct. Mater., 2012, 22, 4855)，进一步利用固体对称性破缺结构相变诱导产生极化效应的设计策略构筑了一系列极性光电晶体材料；同时由于无机有机杂化金属卤素钙钛矿材料具有高吸光和优良的载流子传输等半导体性能，团队从深入研究无机有机杂化半导体的光电性能入手，进一步在无机有机杂化半导体里引入铁电性，利用半导体对光场的响应结合铁电极化产生的体光伏效应创新性地提出和开展“无机有机杂化光铁电半导体”的研究，在无机有机杂化“光铁电半导体”材料的结构设计、晶体生长、光电器件组装、光电性能调控等方面开展系统深入的研究并取得系列创新性研究进展，实现铁电光伏效应，多轴铁电光伏，并进一步利用铁电光伏效应实现自驱动光电探测和大偏振比偏振光电探测。
资料来源：百科、福建物质结构研究所
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