福建物構所Adv. Funct. Mater:首個具有高顯指、寬帶白光發射的2D混合鈣鈦礦鐵電材料

【引言】

鐵電性和其他大部分物理性質的共存時，例如鐵電體中的磁性和光學性質，在受到各種外部刺激時可能引起新型的物理現象。這些材料引起了對多功能應用（例如，磁電耦合，光伏和光電探測器裝置）的極大興趣。作為功能材料的一個令人興奮的新分支，具有鐵電性和熒光發射共存的發光鐵電體對于平板顯示器，場發射顯示器（FED）等技術應用是非常重要的。在過去的幾十年中，探索發光鐵電體的大多集中在將稀土元素摻雜到鈣鈦礦型鐵電陶瓷（例如，Pr³⁺摻雜的SrTiO₃，Cr³⁺摻雜的SrNbO₃）的常規策略中。然而，這些多組分材料通常會遇到一些可能的嚴重問題，例如相分離，顏色分離和自吸收。另一方面，作為照明和顯示系統的關鍵參數之一，需要高顯色指數（CRI）值（CRI> 80）以滿足色彩高級應用的需求。因此，在鐵電體中探索具有高CRI值的單組分的材料是非常迫切的。如新的有機-無機雜化鐵電體系列所示，AMnX₃顯示出優異的鐵電性和高效的紅光發射。然而，相比之下，直到現在還沒有關于單組分鐵電體中寬帶白光發射的報道。

【成果簡介】

近日，中國科學院福建物質結構研究所羅軍華研究員和孫志華研究員（共同通訊作者）報道了一種二維層狀有機-無機雜化鈣鈦礦鐵電材料(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄，其中有機部分的有序-無序動力學和鈣鈦礦骨架的結構變形是高于室溫鐵電性的原因。特別的，光致發光研究表明，材料在紫外激發下表現出固有的寬帶白光發射，其顯色指數高達86。白光發射可歸因于室溫下PbCl₆八面體的結構變形，這與鐵電相(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄中極性鈣鈦礦結構中的強電子-聲子耦合顯著相關。(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄應該是目前報道的第一個白光發光鐵電體，它在單組分二維鈣鈦礦混合物中表現出前所未有的鐵電性和寬帶白光發射共存現象，這表明了混合鐵電體在集成光電子應用中的巨大潛力。相關研究成果“The First 2D Hybrid Perovskite Ferroelectric Showing?Broadband White-Light Emission with High Color?Rendering Index”為題發表在Advanced Functional Materials上。

【圖文導讀】

圖一(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄的鐵電性能

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（a）通過DSC測量的熱性質

（b）溫度可變的介電常數

（c）在不同溫度下的極化電場（P-E）磁滯回線

（d）自發電極化Ps和熱電流的溫度相關性

圖二順層和鐵電相中層狀鈣鈦礦1的晶體結構的比較

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圖三PbCl₆八面體的結構變形

（a）結構相變期間八面體畸變的示意圖。

（b）單個Pb-Cl層顯示出可區分的Pb-Cl-Cl角。

圖四材料的光致發光特性

（a）吸收光譜（藍色）和發射光譜（336nm處的紅色激發）

（b）材料在1931色彩空間色度圖中的CIE色度坐標

（C） LED的照片

（d）材料的溫度發射光譜

【小結】

總之，本文報道了一種具有2D層狀鈣鈦礦結構的新型有機-無機雜化鐵電材料(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄。陽離子部分的協同動態排序和PbCl₆八面體的結構變形導致328K的大電極化。此外，光致發光研究表明，(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄在紫外激發下顯示出有趣的白光發射，具有高達86的高顯色指數。在2D鈣鈦礦結構中，PbCl6八面體的結構變形清楚地闡明了白光發射的原理。這種鐵電性和奇妙的白光發射共存為光電子領域的多功能應用提供了誘人的潛力。

文獻鏈接：“The First 2D Hybrid Perovskite Ferroelectric Showing?Broadband White-Light Emission with High Color?Rendering Index”(Adv. Funct. Mater. 2018,DOI: 10.1002/adfm.201805038)

本文由材料人編輯部學術組微觀世界編譯供稿，材料牛整理編輯。

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