冠醚超分子包合物的低维特性与光谱表征开题报告

1. 研究目的与意义

铁电材料，是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。铁晶体管是电介质中一类特别重要的介晶体管。电介质的特性是：他们以感应而非以传导的方式传播电的作用与影响。按照这个意义来说，不能简单的认为电介质就是绝缘体。在电介质中起主要作用的是束缚着的电荷，在电的作用下，他们以正、负电荷重心不重合的电极化方式传递和记录电的影响。而铁晶体管是-------即使没有外加电场，也可以显现出电偶极距的特性。因其每单位晶胞带有电偶极矩，且其极化率与温度有关。高性能的铁电材料是一类具有广泛应用前景的功能材料,从目前的研究现状来看,对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段.研究者们选用不同的铁电材料进行研究,并不断探索制备工艺,只是到目前为止对于铁电材料的一些性能的研究还没有达到令人满意的地步.比如,用于制备铁电复合材料的陶瓷粉体和聚合物的种类还很单一,对其复合界面的理论研究也刚刚开始,铁电记忆器件抗疲劳特性的研究还有待发展.总之,铁电材料是一类具有广阔发展前景的重要功能材料,对于其特性的研究与应用还需要我们不断的研究与探索,并给予足够的重视。

2. 课题关键问题和重难点

将铁电的光电功能应用在制备铁电薄膜上，通过查阅资料和文献在制备铁电薄膜的过程中会遇到如下几个难点。

1.寻找具有铁电性的物质，在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷重心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，且电偶极矩方向可以因外电场而改变，这种晶体是具有铁电性的。

2.将样品溶解于合适的溶剂中，要寻找易溶解物质的溶剂来溶解所找到的具有铁电性的物质，是制备出来的薄膜上有产物。

3. 国内外研究现状（文献综述）

最早的铁电效应在1921年在罗息盐中由法国人Valasek发现，这一发现揭开了研究铁电材料的序幕。在1935年Buseh发现了磷酸二氢钾简称KDP,其介电常数高达30，远远高于当时其他材料。罗息盐和KDP都属于分子铁电体。1941年之后，以BaTiO3为代表的具有钙钛矿结构的陶瓷铁电材料陆续被发现，这是铁电历史上里程碑的进展[12]。直至20世纪80年代随着铁电唯象理论和软膜理论的逐渐完善，铁电体物理内涵的研究趋于稳定。近年来随着对材料高性能、柔性、环保、质量轻、低矫顽场、可靠性等要求的不断提高，对传统的铁电材料提出了更高的要求。

国际铁电体的探究主要还是集中在钙钛矿结构ABO3氧化物陶瓷铁电体，比如PbTiO3、Ba-TiO3和NbLiO3，以及他们按一定比例混合形成的固溶体，即弛豫型铁电体，比如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3－xPb-TiO3[12]。但这类铁电体主要缺点在于有毒性、需要高温烧结、含重金属密度大、生长大单晶困难等。比如目前使用的一大类铁电体都是基于Pb(Ti1－XZrx)O3及其衍生物，其烧结温度在600900℃，在制备过程中不可避免的产生剧毒物PbO的挥发，给人类和自然环境造成严重的危害。为了克服这些缺点，与无机铁电体优缺点互补，部分科研人员开始重新探寻分子及铁电体。其实最早发现的铁电体罗息盐和后来研究比较多的TGS，(三甘氨酸硫酸盐)都属于分子铁电体，它们都已在热释电成像、声纳换能器等方面发挥了重大作用。相对于无机氧化物铁电体来说，这种有机-无机杂化铁电材料的合成条件相对温和，一般不需要高温烧结，而且不含铅、无污染，是一类绿色环保材料。同时分子铁电材料属于软铁电体，具有非常好的分子柔性，可以做成可折叠的柔性存储器件。另外，它们的矫顽场比无机铁电体小得多，比如BaTiO3矫顽场是10KV/cm，PbTiO3矫顽场是7KV/cm，而TGS只有0.9KV/cm，罗息盐只有0.2KV/cm[13]，这就有利于制成小型化器件，节省能耗。这类有机-无机杂化的铁电材料从组成上讲就是无机酸或金属离子与有机基团结合的产物，它具有许多独特的优点，比如结构可控，兼具铁电、传导性、磁性、非线性、压电性、离子交换等许多物理化学性质[3]。有机分子构筑块的可剪裁性和不对称性，确保了化合物结晶在手性特别是极性的点群中，合成物质具有靶向可控性。人们正致力于不断提高这类有机-无机杂化铁电体的饱和极化强度，降低其矫顽场，提高其铁电相转变温度。如果这类有机-无机杂化的分子铁电体性能能够接近或者超过BaTiO3，那将成为一类新型可应用的电学材料，将产生巨大的应用价值和科学价值。

4. 研究方案

实验内容

(1)称样。

(2)将样品溶解于合适的溶剂中。

5. 工作计划

1月17号-1月20号：查找关于分子基铁电材料的文献及书籍，了解分子基铁电材料光电功能的特点，分子基铁电材料薄膜的制备及表征。

1月21号-2月20号：完成文献翻译及开题报告，根据指导老师意见修改和完善文献翻译和开题报告，并制定实验计划。

2月21号-4月30号：根据指导老师意见修改和完善文献翻译和开题报告，制作分子基铁电材料薄膜，进行催化剂结构表征，利用压电响应力，光学显微镜等仪器，分析实验结果，得出结论及写作进展情况继续进行实验和论文写作，提交初稿。