钙钛矿铁电单晶纳米纤维的尺寸调控

钙钛矿结构铁电体由于其压电性、铁电性等优异性质而一直在信息存储、传感器等方面有着广泛的应用。近年来,随着器件小型化的需求,以钛酸铅为代表的钙钛矿结构铁电体在纳米尺寸下的铁电性、铁电相变等研究成为材料学领域的一个焦点。其中对于一维钙钛矿钛酸铅纳米结构的研究更为集中。然而,对于一维单晶钛酸铅纳米结构的尺寸调控,仍然是一个很大的挑战。

近年来,浙江大学材料系韩高荣教授课题组发展了一种高分子辅助水热合成多元氧化物一维纳米结构的方法(Adv. Mater. 2005, 17, 907)。利用该方法制备出了一种新结构钛酸铅纳米纤维,结构中共边连接的钛氧八面体形成柱状结构,而柱与柱间通过铅氧共价键彼此连接。这种新结构可以转变为普通钙钛矿结构,因此被称为前钙钛矿相。

最近,韩高荣教授课题组成功通过两步法制备出尺寸可调的钙钛矿结构钛酸铅单晶纳米纤维(Small. 2012, 8, 2959)。他们首先通过调节水热过程中的成核与生长,成功制备出尺寸可调的前钙钛矿相钛酸铅一维纳米结构;接着通过高温退火,在尽量保持原有形貌的情况下,使前钙钛矿结构钛酸铅相变为钙钛矿结构。钙钛矿结构钛酸铅单晶纳米纤维的长度变化范围从10 μm至500 nm,直径从90 nm到15 nm。这是首次实现钙钛矿钛酸铅一维单晶纳米结构的可控合成。研究人员还通过XRD、TEM、二次谐波等实验研究证明了小尺寸直径下钛酸铅纳米纤维四方畸变及非中心对称性的存在;并通过压电力显微镜证实了直径13nm的纳米纤维仍然存在压电性,从而从实验角度论证了铁电性在直径小到13nm时仍然存在。

钙钛矿钛酸铅单晶纳米纤维的可控制备与铁电性研究为一维铁电氧化物纳米结构的铁电性与铁电相变的深入研究与探索奠定了基础;同时为铁电纳米纤维器件的研制如纳米发电机提供了重要依据。

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