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中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心功能材料与器件研究部博士研究生李伶俐与研究员胡卫进、张志东等与国内外多家单位合作，制备了高质量的二维杂化钙钛矿苯甲胺铅溴[(PMA)₂PbBr₄] 单晶，精确测定了其晶体结构，并系统研究了铁电、介电和电输运性能。实验发现，该化合物随温度增加，发生铁电相I-铁电相II-反铁电相的系列结构相变，室温为反铁电相。该结构相变和苯甲胺有机分子的取向排列及铅溴八面体的晶格畸变演化密切相关。室温下，伴随着电场诱导的反铁电-铁电转变，研究获得了1.7 J/cm³的储能密度以及70K的宽工作温区。这些优良的储能性能源于其可观的电极化强度（7.6 μC/cm²）以及超过1000kV/cm的击穿电场。本研究厘清了苯甲胺铅溴的晶体结构和相变特性，为开发基于二维杂化钙钛矿的介电储能器件提供了新思路。 

7月12日，相关研究成果以2D Antiferroelectric Hybrid Perovskite with a Large Breakdown Electric Field And Energy Storage Density为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会和沈阳材料科学国家研究中心的支持。 

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图1. (PMA)₂PbBr₄ 的相变表征。a、单晶光学照片；b、表面形貌图像；c、差示扫描量热曲线；d、变温介电谱；e、变温拉曼谱；f、特征拉曼峰位置随温度的变化规律；g、变温粉末X射线衍射谱。 

图2. 晶体结构的测定。（a-c）铁电相I、铁电相II和反铁电相的晶体结构；（d-f）三个相对应的苯甲胺分子的取向和铅溴八面体的畸变；（g、h） (PMA)₂PbX₄ ( X =  Cl, Br, I ) 在特征温度下X-Pb-X 键角和N-H···X氢键键长的变化；（i）(PMA)₂PbBr₄连续相转变的示意图。 
 

图3. 薄膜的变温电滞回线。（a-e）78 K-390 K典型温度下面内电滞回线；（f）典型温度下面外电滞回线。图d插图为反铁电相对应的极化电流翻转曲线。 
 

图4. 反铁电储能性能。（a）通过电滞回线计算储能密度及储能效率的示意图；（b、c）储能密度和能量转化效率随（b）电场和（c）温度的变化；（d）已报道的反铁电杂化钙钛矿的储能性能对比图。 
 

图5. 已报道的杂化钙钛矿的反铁电特性。（a）最大极化强度和反铁电相的保持温区；（b）杂化钙钛矿所承受的最大电场强度。 
 

图6. 相变的能垒。（a）五个相变中间相和反铁电相相对于铁电相I的能量，插图为中间相晶体结构构型；（b） 苯甲胺分子示意图；（c）铅溴八面体构型图。