一种单晶分子铁电体及其制备与应用

本发明涉及光电，尤其是涉及一种单晶分子铁电体及其制备与应用。

背景技术：

1、铁电材料是一类具有自发极化，并且这种自发极化易受温度变化、电场变化和机械应力变化而调控的材料。由于中心对称性的破缺，铁电材料兼具了非常优异的介电、压电、热释电、电光性能，可以在数据存储、能量收集(电容元件等)、传感、集成光电器件等领域发挥重要的作用。目前，虽然无机氧化物铁电材料如pbtio3和batio3在铁电性能方面表现优异，但其制备和应用中存在一些显著问题仍需解决。传统的abo3型铁电体通常需要高温烧结来获得所需的晶体结构和性能，这不仅耗能高且可能导致资源浪费和环境污染。其次，许多材料含有昂贵的稀土金属，增加了成本并对资源循环利用构成挑战，其开采和加工也会带来环境影响。另外，由于它们的刚性结构和成分限制，这些材料在柔性电子器件和精细工艺控制方面的适用性较差。

2、因此，未来的研究和发展方向需要致力于解决这些问题：开发低温制备高效铁电材料，减少稀土金属依赖，提升材料可持续性和环保性，探索新结构设计以适应电子器件需求。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种单晶分子铁电体及其制备与应用。本发明的单晶分子铁电体由具有边角共享的sbi6八面体之字形链和独立的有机分子组成。sbi6八面体在配位环境中略有扭曲，这种结构设计使得正离子和阴离子的电荷中心不重叠，从而导致材料的自发极化现象。这种结构设计与传统的铁电体有机分子结构相比，展现出了更复杂和精确的电荷分布，提升了材料的电学性能，制备方法简单且成本效益高，适合大规模生产。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的是提供一种单晶分子铁电体材料，其化学式为[c8n4h28][sb2i10]。

4、本发明的第二个目的是提供一种单晶分子铁电体材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(s1)将sb2o3与溶剂混匀，得到sbi3溶液；

6、(s2)将1,4-二氨基丁烷加入步骤(s1)得到的sbi3溶液中，水热反应后后处理得到单晶分子铁电体材料；

7、其中，溶剂为hi。

8、在本发明的一个实施方式中，步骤(s1)中，sb2o3与溶剂的用量比为1mmol：2～5ml。

9、在本发明的一个实施方式中，步骤(s2)中，sb2o3和1,4-二氨基丁烷的摩尔比为1：1～2；

10、水热反应过程中，温度为120～180℃，时间为12～72h。

11、在本发明的一个实施方式中，步骤(s2)中，所述后处理为依次进行洗涤和烘干处理；

12、其中，洗涤过程中，洗涤剂为乙酸乙酯；烘干处理过程中，温度为60℃。

13、本发明的第三个目的是提供一种单晶分子铁电体材料在制备光电薄膜器件用背电极中的应用。

14、本发明的第四个目的是提供一种光电薄膜器件用背电极，所述光电薄膜器件用背电极由单晶分子铁电体材料制备得到。

15、本发明的第五个目的是提供一种光电薄膜器件用背电极的制备方法，包括以下步骤：

16、(a1)将单晶分子铁电体材料与n,n-二甲基甲酰胺混匀得到混合溶液；

17、(a2)将步骤(a1)制备得到的混合溶液旋涂于导电衬底上，真空退火处理后得到分子铁电体薄膜；

18、(a3)将步骤(a2)制备得到的分子铁电体薄膜通过丝网印刷银浆作为光电薄膜器件用背电极。

19、在本发明的一个实施方式中，步骤(a1)中，单晶分子铁电体材料与n,n-二甲基甲酰胺的用量比为3g：1～2ml。

20、在本发明的一个实施方式中，步骤(a2)中，所述导电衬底为玻璃，使用前先用洗洁精对玻璃进行彻底清洗，随后使用丙酮、酒精、去离子水依次对玻璃进行超声清洗15min，随后将洗好的玻璃放于烘箱中烘干待用；

21、旋涂过程中采用匀胶机，其工艺参数为：转速1000～3000rpm/min，旋涂次数2～5次，旋涂量40～60μl/次，旋涂时间10～30s/次；

22、真空退火处理过程中，以1～2℃/min的速率升温至100～150℃，时间为1～3h，然后真空下冷却至室温；

23、分子铁电体薄膜中混合溶液旋涂得到的厚度为2.73～5.76μm(优选地，厚度为3.68μm)。

24、本发明的第六个目的是提供一种光电薄膜器件用背电极在制备光电薄膜器件中的应用。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、本发明的单晶分子铁电体材料制备方法简单，成本低廉，易于操作；利用水热法制备得到的[c8n4h28][sb2i10]分子铁电体材料纯度高，适合制备高质量的薄膜，特别是通过旋涂方法可以制备出结构规整、质量优良的薄膜；这些特性使得该材料在光电器件、生物医学以及信息存储等多个领域具有广阔的应用前景，尤其是在太阳光电池和光检测器中有着重要的应用潜力。

技术特征：

1.一种单晶分子铁电体材料，其特征在于，其化学式为[c8n4h28][sb2i10]，其晶胞参数为andα＝90°、β＝94.931(11)°、γ＝90°。

2.一种如权利要求1所述的单晶分子铁电体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种单晶分子铁电体材料的制备方法，其特征在于，步骤(s1)中，sb2o3与hi的用量比为1mmol：2～5ml。

4.根据权利要求2所述的一种单晶分子铁电体材料的制备方法，其特征在于，步骤(s2)中，sb2o3和1,4-二氨基丁烷的摩尔比为1：1～2；

5.一种如权利要求1所述的单晶分子铁电体材料在制备光电薄膜器件用背电极中的应用。

6.一种光电薄膜器件用背电极，其特征在于，所述光电薄膜器件用背电极由权利要求1所述的单晶分子铁电体材料制备得到。

7.一种如权利要求6所述的光电薄膜器件用背电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种光电薄膜器件用背电极的制备方法，其特征在于，步骤(a1)中，单晶分子铁电体材料与n,n-二甲基甲酰胺的用量比为3g：1～2ml。

9.根据权利要求7所述的一种光电薄膜器件用背电极的制备方法，其特征在于，步骤(a2)中，真空退火处理过程中，温度为100～150℃，时间为1～3h；

10.一种如权利要求6所述的光电薄膜器件用背电极在制备光电薄膜器件中的应用。

技术总结本发明涉及光电技术领域，尤其是涉及一种单晶分子铁电体及其制备与应用。本发明首先将Sb<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;与HI混匀，得到SbI<subgt;3</subgt;溶液；然后将1,4‑二氨基丁烷加入Sb<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;溶液中，水热反应后后处理得到单晶分子铁电体材料。本发明的单晶分子铁电体由具有边角共享的SbI<subgt;6</subgt;八面体之字形链和独立的有机分子组成。SbI<subgt;6</subgt;八面体在配位环境中略有扭曲，这种结构设计使得正离子和阴离子的电荷中心不重叠，从而导致材料的自发极化现象。技术研发人员：张刚华,房永征,张娜,侯京山受保护的技术使用者：上海应用技术大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14