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本網(wǎng)訊（國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院）近日，在《鐵電化學(xué)》的指導(dǎo)下，南昌大學(xué)國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院呂慧鵬副教授等開(kāi)發(fā)了一種室溫下具有類(lèi)金屬延展性的分子鐵電晶體，其兼具高塑性與優(yōu)異的鐵電性，為柔性電子器件的發(fā)展提供了新的思路。研究成果以“Room-Temperature Metal-Like Ferroelectric Molecular Crystal with Malleability and Ductility”為題發(fā)表在A(yíng)dvanced Materials上。國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院博士生許哲錕為文章第一作者，南昌大學(xué)為唯一完成單位。

延展性是指材料在受到外力作用時(shí)，能夠發(fā)生顯著的塑性變形而不斷裂的能力，其中延性指拉伸作用下材料的伸長(zhǎng)能力，而展性則是指材料在外力壓縮下的減薄程度。金屬材料通常具有優(yōu)異的延展性，例如1克黃金能被拉成數(shù)千米長(zhǎng)的細(xì)絲，能被壓成0.5平方米的金箔。而晶體一般延展性很差，比如氯化鈉和鈦酸鋇，拉伸長(zhǎng)度不到百分之幾就會(huì)碎裂。聚合物如聚偏氟乙烯具有一定的延展性，但是它們通常是非晶或半晶態(tài)。鐵電材料是一類(lèi)重要的功能材料，因其存在雙穩(wěn)態(tài)自發(fā)極化和自發(fā)極化對(duì)電、熱、力、聲、光等刺激下的響應(yīng)特性，在信息存儲(chǔ)、能量轉(zhuǎn)換和傳感技術(shù)中具有重要應(yīng)用。然而，目前廣泛應(yīng)用的鐵電材料如鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛陶瓷等，是由一顆顆離子晶體燒結(jié)而成的，它們?nèi)狈λ苄宰冃文芰?，限制了其在柔性電子領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，如果能夠開(kāi)發(fā)一種延展性能夠和金屬相媲美的鐵電晶體材料，不僅將打破人們對(duì)脆性鐵電晶態(tài)材料的固有認(rèn)知，而且對(duì)實(shí)現(xiàn)鐵電體在柔性器件、人體兼容等方面的應(yīng)用具有重要意義。

圖1. 準(zhǔn)球形策略設(shè)計(jì)合成TMACB示意圖（上），晶體彎曲后組成的“鐵電化學(xué)”英文單詞“Ferroelectrochemistry”（中），晶體拉伸示意圖和優(yōu)異的壓縮變形能力（下）

鑒于此，國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院科研團(tuán)隊(duì)利用《鐵電化學(xué)》中的準(zhǔn)球形分子設(shè)計(jì)策略，通過(guò)氯原子取代氨基硼烷加合物中的氫原子，設(shè)計(jì)合成出新型鐵電分子晶體三甲胺氯硼烷T(mén)MACB（化學(xué)式：BH2ClNMe3）（圖1）。該晶體保留了氨基硼烷加合物的優(yōu)越塑性，同時(shí)引入極性基團(tuán)實(shí)現(xiàn)了鐵電性。TMACB在室溫下結(jié)晶于三方晶系R3m極性空間群，在低溫下轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本礐c空間群。TMACB晶體的最大拉伸應(yīng)變可達(dá)15.6%，接近金的延展性（30%）。同時(shí)，它的壓縮應(yīng)變達(dá)到94%，是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鐵電材料（通常小于6%）的16倍以上，壓縮前后晶體寬度變化可達(dá)570%，且仍能保持良好的完整性。還可通過(guò)彎曲、扭轉(zhuǎn)等操作制備成多種形狀，展現(xiàn)出優(yōu)異的多向塑性特征。納米壓痕測(cè)試顯示TMACB的硬度僅為15.3 MPa，約為鐵電聚合物聚偏氟乙烯的十分之一，表明其具有出色的柔軟性。壓電力顯微鏡和電滯回線(xiàn)測(cè)試清晰地表明其鐵電特征，并且TMACB單晶的飽和極化值Ps為24.3 μC/cm2，與經(jīng)典無(wú)機(jī)鐵電陶瓷鈦酸鋇相當(dāng)，受壓后仍保持很高的極化強(qiáng)度，Ps為23.9 μC/cm2。本工作成功設(shè)計(jì)合成了類(lèi)金屬延展性分子鐵電體TMACB，是鐵電材料研究領(lǐng)域的重大進(jìn)展，為可穿戴傳感器、形狀自適應(yīng)能量收集器和生物兼容設(shè)備等柔性電子器件的設(shè)計(jì)提供了新思路。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202510218

審校：許航、涂金鳳、朱文芳、歐陽(yáng)仟