鐵電或反鐵電體是典型非線性介電材料，擁有自發(fā)極化特性，并能對(duì)電場(chǎng)、應(yīng)力等外部環(huán)境作出靈敏的響應(yīng)，可應(yīng)用于非易失性存儲(chǔ)器、應(yīng)變傳感器和儲(chǔ)能器件領(lǐng)域。無(wú)機(jī)鐵電/反鐵電材料具有極化強(qiáng)度大、有序溫度高和相結(jié)構(gòu)豐富等優(yōu)點(diǎn)，而有機(jī)鐵電/反鐵電材料具有合成溫度低和規(guī)模制備等優(yōu)勢(shì)。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料則可能在單相內(nèi)兼具有機(jī)和無(wú)機(jī)組分不同特性的潛力，以實(shí)現(xiàn)更佳的綜合器件性能。當(dāng)前，鉛基雜化鈣鈦礦因具有優(yōu)異的光學(xué)性能，已在太陽(yáng)能電池和光電探測(cè)等能量轉(zhuǎn)化和探測(cè)領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，但鮮有關(guān)于雜化鈣鈦礦在能量存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用的研究。已知的雜化鈣鈦礦介電儲(chǔ)能材料集中在反鐵電材料上，存在擊穿電場(chǎng)低（<100??kV/cm）、儲(chǔ)能密度?。?lt;0.26 J/cm³）、奈爾溫度低（<355 K）等缺點(diǎn)，亟需開發(fā)兼具大的極化強(qiáng)度和擊穿電場(chǎng)的雜化鈣鈦礦材料以提升儲(chǔ)能性能。?

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心功能材料與器件研究部博士研究生李伶俐與研究員胡衛(wèi)進(jìn)、張志東等與國(guó)內(nèi)外多家單位合作，制備了高質(zhì)量的二維雜化鈣鈦礦苯甲胺鉛溴[(PMA)₂PbBr₄]?? 單晶，精確測(cè)定了其晶體結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)研究了鐵電、介電和電輸運(yùn)性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該化合物隨溫度增加，發(fā)生鐵電相I-鐵電相II-反鐵電相的系列結(jié)構(gòu)相變，室溫為反鐵電相。該結(jié)構(gòu)相變和苯甲胺有機(jī)分子的取向排列及鉛溴八面體的晶格畸變演化密切相關(guān)。室溫下，伴隨著電場(chǎng)誘導(dǎo)的反鐵電-鐵電轉(zhuǎn)變，研究獲得了1.7??J/cm³的儲(chǔ)能密度以及70K的寬工作溫區(qū)。這些優(yōu)良的儲(chǔ)能性能源于其可觀的電極化強(qiáng)度（7.6 μC/cm²）以及超過(guò)1000kV/cm的擊穿電場(chǎng)。本研究厘清了苯甲胺鉛溴的晶體結(jié)構(gòu)和相變特性，為開發(fā)基于二維雜化鈣鈦礦的介電儲(chǔ)能器件提供了新思路。?

7月12日，相關(guān)研究成果以2D Antiferroelectric Hybrid Perovskite with a Large Breakdown Electric Field And Energy Storage Density為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心的支持。?