客观日本

当代炼金术!日本利用常见化学物质合成钙钛矿型铁电体

2019年08月15日 电子电气

日本山口大学研究生院创成科学研究科理学系化学领域的副教授纲岛亮与研究生2年级的森田萩乃等人组成的研究小组全球首次发现,通过使酸作用于名为六亚甲基四胺的化合物,可以合成此前主要使用有毒金属和稀有金属的铁电体。

不使用任何化石燃料和矿物等,仅利用常见的廉价化合物即可制作钙钛矿型铁电体——这项成果将成为重新审视支撑我们生活的各种电子材料的合成和制作方法的契机。如果能开发出使用环境负荷较低的化合物的电子材料,应该还可以解决各种环境问题。甚至可以称之为当代的炼金术。

六亚甲基四胺还是片式固体燃料的成分,作为药品(尿道消毒剂)的有效成分也广为人知。这是一种价格低廉的低毒性化合物,而且可利用以空气中的氮为原料的氨和来自天然气及生物质的甲醇合成。以前由于其容易酸化分解等,材料开发比较困难,但此次研究小组通过精细地改变反应条件等进行研究,成功发现了可以获得铁电体的独特配方。

铁电性是固体中的自发极化在外部电场的作用下反转的现象,铁电体是存储器、蓄电材料、热传感器以及医疗器械等广泛使用的电容器、热电体和压电元件所需的材料。目前主要使用钛酸钡和锆钛酸铅等ABX3型钙钛矿氧化物。铁电体是日本的研究人员50多年前发现的物质。由于含稀有金属和有毒金属,全球都在寻找替代品,但此前一直没发现有效的材料和手段。

当代炼金术 日本利用常见化学物质合成钙钛矿型铁电体

此次使用六亚甲基四胺合成的“铁电体”材料是由质子化的六亚甲基四胺、铵离子和溴离子构成的盐。利用X射线解析物质结构发现其具有钙钛矿型结构,研究小组着眼于该材料的介电特性进行解析,确认是“铁电体”材料。根据理论计算,预计能实现与现有铁电体不相上下的性能,不过目前还没有充分发挥性能。通过应用此前积累的钙钛矿型铁电体相关的知识和技术并调查原因,预计能面向实用化进一步强化性能。

相关研究内容已经发布在《Angewandte Chemie International Edition》(IF=12,DOI: 10.1002/anie.201905087)上。

论文题目:“Ferroelectric Behavior of a Hexamethylenetetramine‐Based Molecular Perovskite Structure”

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文:JST客观日本编辑部翻译整理