廈大龍臘生、董新偉、趙海霞Adv. Mater. : 分子-離子鐵電體構(gòu)筑室溫磁電響應(yīng)磁電復(fù)合材料

【引言】

為了獲得具有強(qiáng)室溫磁電響應(yīng)的磁電材料,研究人員發(fā)現(xiàn)壓電和磁性物質(zhì)之間的交叉相互作用可以在室溫下產(chǎn)生大的磁電響應(yīng),正如在Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3/金屬玻璃等磁電復(fù)合材料中觀察到的現(xiàn)象。由于鐵電材料總是表現(xiàn)出壓電效應(yīng),因此是磁電復(fù)合材料的理想選擇。然而迄今為止報(bào)道的磁電復(fù)合材料一般使用液晶、聚合物或無(wú)機(jī)鐵電體如PbZrxTi(1-x)O3制備,而利用分子-離子鐵電體構(gòu)建磁電復(fù)合材料尚未實(shí)現(xiàn),盡管有許多分子-離子鐵電體的報(bào)道,且與無(wú)機(jī)鐵電體相比其具有較低毒性和易加工性的優(yōu)點(diǎn)。其中一個(gè)關(guān)鍵原因是迄今為止報(bào)道的大多數(shù)室溫分子離子鐵電體是單軸的,導(dǎo)致其壓電效應(yīng)僅能沿大單晶的單極軸檢測(cè)。相比之下,由于多軸分子-離子鐵電體具有多極軸,其壓電效應(yīng)不僅可以沿不同的鐵電軸檢測(cè),而且可以多晶形式檢測(cè)。因此,多軸分子離子鐵電體將是磁電復(fù)合材料的優(yōu)良備選。

【成果簡(jiǎn)介】

近日,廈門大學(xué)龍臘生教授、董新偉教授、趙海霞博士(共同通訊作者)等以具有室溫多軸分子-離子鐵電性的四丁基銨四氯鎵酸分子(化合物1)制備了磁電復(fù)合材料,并在Adv. Mater.上發(fā)表了題為“Construction of Magnetoelectric Composites with a Large Room-Temperature Magnetoelectric Response through Molecular-Ionic Ferroelectrics”的研究論文。對(duì)磁電層壓復(fù)合材料的磁電效應(yīng)研究表明,其室溫磁電壓系數(shù)(αME)在HDC = 275 Oe和HAC頻率約為39 kHz時(shí)高達(dá)186 mV·cm-1·Oe-1。該研究結(jié)果為磁電材料的制備提供了有效的方法,并為磁電材料系列中增加一種新成員。

【圖文簡(jiǎn)介】
圖1 四丁基銨四氯鎵酸(1)的晶體結(jié)構(gòu)

廈大龍臘生、董新偉、趙海霞Adv. Mater. : 分子-離子鐵電體構(gòu)筑室溫磁電響應(yīng)磁電復(fù)合材料的圖1

a) 四丁基銨四氯鎵酸在低溫相(LTP)中的晶體結(jié)構(gòu);
b) 四丁基銨四氯鎵酸在中溫相(ITP)中的晶體結(jié)構(gòu);
c) 四丁基銨四氯鎵酸在高溫相(HTP)中的晶體結(jié)構(gòu)。

圖2 四丁基銨四氯鎵酸二次諧波產(chǎn)生活性隨溫度的變化

廈大龍臘生、董新偉、趙海霞Adv. Mater. : 分子-離子鐵電體構(gòu)筑室溫磁電響應(yīng)磁電復(fù)合材料的圖2

四丁基銨四氯鎵酸二次諧波產(chǎn)生活性隨溫度的變化。

圖3 不同溫度下四丁基銨四氯鎵酸多晶薄膜的電極化磁滯回線

廈大龍臘生、董新偉、趙海霞Adv. Mater. : 分子-離子鐵電體構(gòu)筑室溫磁電響應(yīng)磁電復(fù)合材料的圖3

不同溫度下四丁基銨四氯鎵酸多晶薄膜的電極化磁滯回線。

圖4 磁電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能

廈大龍臘生、董新偉、趙海霞Adv. Mater. : 分子-離子鐵電體構(gòu)筑室溫磁電響應(yīng)磁電復(fù)合材料的圖4

a) 四丁基銨四氯鎵酸/Terfenol-D磁電復(fù)合材料的層結(jié)構(gòu);
b) 四丁基銨四氯鎵酸/Terfenol-D磁電復(fù)合物的數(shù)碼照片;
c) 1 kHz的HAC頻率下,四丁基銨四氯鎵酸/Terfenol-D的磁電耦合系數(shù)隨HDC的變化;
d) HDC = 275 Oe時(shí),四丁基銨四氯鎵酸/不同長(zhǎng)度Terfenol-D的磁電耦合系數(shù)隨頻率的變化。

【小結(jié)】

綜上所述,作者利用室溫多軸分子-離子鐵電體——四丁基銨四氯鎵酸制備了磁電復(fù)合材料,證實(shí)多軸分子-離子鐵電體是制備磁電復(fù)合材料的新型備選材料。在HDC = 275 Oe、HAC頻率約為39kHz時(shí),室溫磁電壓系數(shù)高達(dá)mV·cm-1·Oe-1。 由于分子-離子鐵電體的環(huán)境友好特性,該工作不僅擴(kuò)展了分子-離子鐵電體的應(yīng)用,而且為磁電材料的制備提供了有效的方法,并為磁電材料系列增添了新的成員。

文獻(xiàn)鏈接Construction of Magnetoelectric Composites with a Large Room-Temperature Magnetoelectric Response through Molecular-Ionic Ferroelectrics (Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201803716)

本文由材料人編輯部abc940504【肖杰】編譯整理。

來(lái)源:材料人

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