【摘 要】
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传统的分子铁电体大多为单极轴分子铁电体,影响其在压电性和铁电性的良好表达,它们的应用潜力受到单轴性质的严重限制,导致在寻找合适的薄膜生长基板和实现高性能薄膜方面存在重大问题。经研究发现,一类由球状结构的小分子组成的化合物极大概率为塑性/多轴分子铁电晶体,表现出各种独特的性质,其中大部分是由组成分子的旋转运动和定向无序引起的,在低温相（包括室温相）中具有铁电性,这不同于传统的分子铁电晶体。根据“准球
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传统的分子铁电体大多为单极轴分子铁电体,影响其在压电性和铁电性的良好表达,它们的应用潜力受到单轴性质的严重限制,导致在寻找合适的薄膜生长基板和实现高性能薄膜方面存在重大问题。经研究发现,一类由球状结构的小分子组成的化合物极大概率为塑性/多轴分子铁电晶体,表现出各种独特的性质,其中大部分是由组成分子的旋转运动和定向无序引起的,在低温相（包括室温相）中具有铁电性,这不同于传统的分子铁电晶体。根据“准球形理论”的指导,通过合成球形分子1,5-二氮杂双环[3.2.2]壬烷、1,4-二氮杂双环[3.2.2]壬烷和2,5-二氮杂双环[2.2.1]庚烷,分别与HClO4、HReO4、HBF4、HPF6、CF3COOH 和 RbX（Cl、Br、I）反应,得到化合物 1～13:[（1,5-3.2.2-Hdabcn）ClO4]（1）,[（1,5-3.2.2-Hdabcn）ReO4]（2）,[（1,5-3.2.2-Hdabcn）BF4]（3）,[（1,5-3.2.2-Hdabcn）PF6]（4）,[1,4-3.2.2-Hdabcn]ClO4（5）和[1,4-3.2.2-Hdabcn]ReO4（6）,[2,5-2.2.1-Hdabch]ClO4（7）,[2,5-2.2.1-Hdabch]ReO4（8）,[2,5-2.2.1-Hdabch]BF4（9）,[2,5-2.2.1-Hdabch]CF3COO（10）,[2,5-2.2.1-H2dabch]RbCl3·H2O（11）、[2,5-2.2.1-H2dabch]RbBr3·H2O（12）、[2,5-2.2.1-H2dabch]RbI3·H2O（13）。通过相变测试、二次谐波产生（SHG）和压电力显微镜（PFM）等一系列表征,发现化合物1和化合物2具有铁电性,居里温度分别为405.7 K和395.7 K,这也证明了球形分子设计的合成在引入铁电性具有一定意义的。化合物3和化合物1的结构类似,常温下均处于Pmn21非中心对称空间群,该空间群为典型的铁电空间群,令人失望的是,根据目前的数据,化合物3可能并不是铁电体,而是一般的相变材料。化合物5和化合物6通过设计改变C-N键的位置,增加分子偶极矩,诱导引入铁电性,但经测试分析验证,化合物5和化合物6均不是铁电体。而2,5-二氮杂双环[2.2.1]庚烷作为球形有机胺配体时,可能由于分子结构太小,与大阴离子基团无机酸能量不匹配,没有发现潜在的铁电体,但化合物7～10均显示出可逆的相变,同时又具备介电性质。化合物11～13为三维钙钛矿相变材料,且结构完全相同,均处于正交晶系P212121手性空间群,相变温度化合物13＞化合物12＞化合物11。据此,通过设计合成的类DABCO球形有机胺分子,将其与阴离子是多面体构型的无机酸反应而获得有机塑性多轴分子铁电体。这项工作在一定程度上丰富了类陶瓷多极轴分子铁电体的种类,为设计合成多轴铁电体提供了新的思路。
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