Large Piezoelectric Response in a Metal-Free Three-Dimensional Perovskite Ferroelectric

铁电性 压电 钙钛矿(结构) 居里温度 化学 金属 结晶学 纳米技术 凝聚态物理 材料科学 光电子学 复合材料 有机化学 物理 电介质 铁磁性
作者
Hua Zhang,Zhe‐Kun Xu,Zhong‐Xia Wang,Hang Z. Yu,Hui‐Peng Lv,Peng‐Fei Li,Wei‐Qiang Liao,Ren‐Gen Xiong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (8): 4892-4899 被引量:61
标识
DOI:10.1021/jacs.3c00646
摘要

Metal-free perovskites with light weight and eco-friendly processability have received great interest in recent years due to their superior physical features in ferroelectrics, X-ray detection, and optoelectronics. The famous metal-free perovskite ferroelectric MDABCO-NH4-I3 (MDABCO = N-methyl-N'-diazabicyclo[2.2.2]octonium) has been demonstrated to exhibit excellent ferroelectricity comparable to that of inorganic ceramic ferroelectric BaTiO3, such as large spontaneous polarization and high Curie temperature (Ye et al. Science 2018, 361, 151). However, piezoelectricity as a vitally important index is far from enough in the metal-free perovskite family. Here, we report the discovery of large piezoelectric response in a new metal-free three-dimensional perovskite ferroelectric NDABCO-NH4-Br3 (NDABCO = N-amino-N'-diazabicyclo[2.2.2]octonium) by replacing the methyl group of MDABCO with the amino group. Besides the evident ferroelectricity, strikingly, NDABCO-NH4-Br3 shows a large d33 of 63 pC/N more than 4 times that of MDABCO-NH4-I3 (14 pC/N). The d33 value is also strongly supported by the computational study. To the best of our knowledge, such a large d33 value ranks the highest among the documented organic ferroelectric crystals to date and represents a major breakthrough in metal-free perovskite ferroelectrics. Combined with decent mechanical properties, NDABCO-NH4-Br3 is expected to be a competitive candidate for medical, biomechanical, wearable, and body-compatible ferroelectric devices.
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