廈大龍臘生、董新偉、趙海霞Adv. Mater. : 分子-離子鐵電體構筑室溫磁電響應磁電復合材料

【引言】

為了獲得具有強室溫磁電響應的磁電材料，研究人員發現壓電和磁性物質之間的交叉相互作用可以在室溫下產生大的磁電響應，正如在Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃/金屬玻璃等磁電復合材料中觀察到的現象。由于鐵電材料總是表現出壓電效應，因此是磁電復合材料的理想選擇。然而迄今為止報道的磁電復合材料一般使用液晶、聚合物或無機鐵電體如PbZr_xTi_(1-x)O₃制備，而利用分子-離子鐵電體構建磁電復合材料尚未實現，盡管有許多分子-離子鐵電體的報道，且與無機鐵電體相比其具有較低毒性和易加工性的優點。其中一個關鍵原因是迄今為止報道的大多數室溫分子離子鐵電體是單軸的，導致其壓電效應僅能沿大單晶的單極軸檢測。相比之下，由于多軸分子-離子鐵電體具有多極軸，其壓電效應不僅可以沿不同的鐵電軸檢測，而且可以多晶形式檢測。因此，多軸分子離子鐵電體將是磁電復合材料的優良備選。

【成果簡介】

近日，廈門大學龍臘生教授、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)制備了磁電復合材料，并在Adv. Mater.上發表了題為“Construction of Magnetoelectric Composites with a Large Room-Temperature Magnetoelectric Response through Molecular-Ionic Ferroelectrics”的研究論文。對磁電層壓復合材料的磁電效應研究表明，其室溫磁電壓系數(α_ME)在H_DC = 275 Oe和H_AC頻率約為39 kHz時高達186 mV·cm^-1·Oe^-1。該研究結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。

【圖文簡介】
圖1 四丁基銨四氯鎵酸(1)的晶體結構

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

圖2 四丁基銨四氯鎵酸二次諧波產生活性隨溫度的變化

四丁基銨四氯鎵酸二次諧波產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

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 磁電復合材料的結構和性能

a) 四丁基銨四氯鎵酸/Terfenol-D磁電復合材料的層結構；
b) 四丁基銨四氯鎵酸/Terfenol-D磁電復合物的數碼照片；
c) 1 kHz的H_AC頻率下，四丁基銨四氯鎵酸/Terfenol-D的磁電耦合系數隨H_DC的變化；
d) H_DC = 275 Oe時，四丁基銨四氯鎵酸/不同長度Terfenol-D的磁電耦合系數隨頻率的變化。

【小結】

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合材料，證實多軸分子-離子鐵電體是制備磁電復合材料的新型備選材料。在H_DC = 275 Oe、H_AC頻率約為39kHz時，室溫磁電壓系數高達mV·cm^-1·Oe^-1。 由于分子-離子鐵電體的環境友好特性，該工作不僅擴展了分子-離子鐵電體的應用，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。

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