厦大龙腊生、董新伟、赵海霞Adv. Mater. : 分子-离子铁电体构筑室温磁电响应磁电复合材料

【引言】

为了获得具有强室温磁电响应的磁电材料，研究人员发现压电和磁性物质之间的交叉相互作用可以在室温下产生大的磁电响应，正如在Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃/金属玻璃等磁电复合材料中观察到的现象。由于铁电材料总是表现出压电效应，因此是磁电复合材料的理想选择。然而迄今为止报道的磁电复合材料一般使用液晶、聚合物或无机铁电体如PbZr_xTi_(1-x)O₃制备，而利用分子-离子铁电体构建磁电复合材料尚未实现，尽管有许多分子-离子铁电体的报道，且与无机铁电体相比其具有较低毒性和易加工性的优点。其中一个关键原因是迄今为止报道的大多数室温分子离子铁电体是单轴的，导致其压电效应仅能沿大单晶的单极轴检测。相比之下，由于多轴分子-离子铁电体具有多极轴，其压电效应不仅可以沿不同的铁电轴检测，而且可以多晶形式检测。因此，多轴分子离子铁电体将是磁电复合材料的优良备选。

【成果简介】

近日，厦门大学龙腊生教授、董新伟教授、赵海霞博士(共同通讯作者)等以具有室温多轴分子-离子铁电性的四丁基铵四氯镓酸分子(化合物1)制备了磁电复合材料，并在Adv. Mater.上发表了题为“Construction of Magnetoelectric Composites with a Large Room-Temperature Magnetoelectric Response through Molecular-Ionic Ferroelectrics”的研究论文。对磁电层压复合材料的磁电效应研究表明，其室温磁电压系数(α_ME)在H_DC = 275 Oe和H_AC频率约为39 kHz时高达186 mV·cm^-1·Oe^-1。该研究结果为磁电材料的制备提供了有效的方法，并为磁电材料系列中增加一种新成员。

【图文简介】
图1 四丁基铵四氯镓酸(1)的晶体结构

a) 四丁基铵四氯镓酸在低温相(LTP)中的晶体结构；
b) 四丁基铵四氯镓酸在中温相(ITP)中的晶体结构；
c) 四丁基铵四氯镓酸在高温相(HTP)中的晶体结构。

图2 四丁基铵四氯镓酸二次谐波产生活性随温度的变化

四丁基铵四氯镓酸二次谐波产生活性随温度的变化。

图3 不同温度下四丁基铵四氯镓酸多晶薄膜的电极化磁滞回线

不同温度下四丁基铵四氯镓酸多晶薄膜的电极化磁滞回线。

图4 磁电复合材料的结构和性能

a) 四丁基铵四氯镓酸/Terfenol-D磁电复合材料的层结构；
b) 四丁基铵四氯镓酸/Terfenol-D磁电复合物的数码照片；
c) 1 kHz的H_AC频率下，四丁基铵四氯镓酸/Terfenol-D的磁电耦合系数随H_DC的变化；
d) H_DC = 275 Oe时，四丁基铵四氯镓酸/不同长度Terfenol-D的磁电耦合系数随频率的变化。

【小结】

综上所述，作者利用室温多轴分子-离子铁电体——四丁基铵四氯镓酸制备了磁电复合材料，证实多轴分子-离子铁电体是制备磁电复合材料的新型备选材料。在H_DC = 275 Oe、H_AC频率约为39kHz时，室温磁电压系数高达mV·cm^-1·Oe^-1。 由于分子-离子铁电体的环境友好特性，该工作不仅扩展了分子-离子铁电体的应用，而且为磁电材料的制备提供了有效的方法，并为磁电材料系列增添了新的成员。

文献链接：Construction of Magnetoelectric Composites with a Large Room-Temperature Magnetoelectric Response through Molecular-Ionic Ferroelectrics (Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201803716)

本文由材料人编辑部abc940504【肖杰】编译整理。

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