基团替代调控无铅有机钙钛矿铁电体的极化和压电特性的第一性原理研究

随着可穿戴电子产品要求提升,无毒的有机钙钛矿铁电体成为潜在候选材料.本工作应用第一性原理计算系统研究了无铅有机钙钛矿A-NH_(4)-(PF_(6))_(3)(A=MDABCO,CNDABCO,ODABCO,NODABCO,SHDABCO)的电子态密度、自发极化、弹性特性和压电效应.通过分子动力学和结合能计算发现,有机钙钛矿在室温下具有稳定性且预测其在实验上易于合成.对电子态密度研究发现,A-NH4-(PF6)3的价带主要来自F元素的贡献,价带顶和导带底分别来自取代基团中的元素和N元素的贡献,因此有利于电子-空穴对的分离.依据Born稳定性判据,有机钙钛矿具有稳定的机械性质.除此之外,A位有机阳离子的取代基团可以改变材料中氢键的数量,对总铁电极化的贡献有着明显影响.最后通过压电性能计算,揭示了有机钙钛矿具有良好的压电效果,该效应源于材料引入的有机阳离子增加的材料的柔性.计算结果为后续实验提供了理论基础.

具有Ruddlesden-Popper结构的杂化非本征铁电体(Ca_(1-x)Sm_(x))_(3)Ti_(2)O_(7)陶瓷的制备及其物理性能

为探究稀土离子掺杂对Ca_(3)Ti_(2)O_(7)物理性能的调控,采用固相反应法制备了Sm^(3+)掺杂的(Ca_(1-x)Sm_(x))_(3)Ti_(2)O_(7)(x=0,0.02,0.04)陶瓷样品,通过XRD、XPS、紫外-可见光吸收光谱以及第一性原理计算等方法对样品的晶体结构、光学性能、电学性能和磁学性能进行分析.结果表明:随着Sm^(3+)含量的增加,(Ca_(1-x)Sm_(x))_(3)Ti_(2)O_(7)的晶胞参数逐渐增大.Sm^(3+)掺杂导致氧空位减少,因此样品的漏电流随着Sm^(3+)掺杂量的增加而减小.同时,随着Sm^(3+)掺杂量的增加,样品的光学带隙呈现增大趋势.此外,第一性原理研究表明,Sm^(3+)掺杂可在体系中诱导出磁性能,进一步丰富了该材料的物理性能.