铁电性高分子材料 陈立进

导电高分子材料浸润性的研究进展
导电高分子材料浸润性的研究进展
综述了具有不同浸润性的导电高分子材料在制备和性质研究方面的工作进展.根据功能化阶段的不同,从聚合过程、氧化还原过程、后处理过程以及氟化处理过程等四个方面对导电高分子材料浸润性功能化的'研究方法进行了比较详尽的综述.在此基础上,简单对比了国内、外的发展情况,并展望了该研究方向的研究前景.
作者：赵崇军李星玮张华ZHAO Chong-jun LI Xing-wei ZHANG Hua 作者单位：华东理工大学材料科学与工程学院,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海,200237 刊名：高分子通报 ISTIC PKU 英文刊名： CHINESE POLYMER BULLETIN 年，卷(期)：2007 ""(11) 分类号： O6 关键词：导电高分子浸润性表面粗糙度掺杂/脱掺杂。

高吸水性树脂吸水机理的探讨
林润雄;姜斌
【期刊名称】《北京化工大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1998(025)003
【摘要】高吸水性树脂是高分子电解质，具有三维网络结构，其显著的特点是高吸水性能和高保水性能。

应用Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ热力学理论和溶液热力学理论对高吸水性树脂的吸水机理进行了探讨；同时，从高分子结构角度对吸水机理亦进行了理论探讨。

【总页数】6页(P20-25)
【作者】林润雄;姜斌
【作者单位】北京化工大学材料科学与工程学院;北京化工大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O647.33
【相关文献】
1.聚丙烯酸类高吸水性树脂的合成及吸水机理研究进展 [J], 马斐;程冬炳;王颖;余响林;杨君;余训民
2.高吸水树脂吸水机理的探讨 [J], 李云龙;林松柏;肖春妹
3.高吸水树脂吸水机理的探讨 [J], 李云龙;林松柏;肖春妹
4.高吸水性丙烯酸树脂的性能及制造探讨 [J], 于大仓
5.高吸水性树脂的吸水机理 [J], 刘廷栋;刘京
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改性PZT955铁电陶瓷的制备及力电性能增强研究的开题报告一、选题背景铁电陶瓷是一种重要的功能材料，其具有优异的电力性能，可广泛应用于声波、光电、传感及控制等领域。

PZT铁电陶瓷是目前应用最广泛的铁电材料之一，其具有优异的储能、传感、电压控制等性能，广泛应用于微电子机械系统、超音波、高频振荡电路等领域。

传统PZT铁电陶瓷的制备工艺主要采用固相反应或水热法等方法，但其制备成本高、制备周期长、力电性能表现不尽人意等问题需要得到解决。

因此，如何快速且有效地改性PZT铁电陶瓷，以进一步提升其力电性能，成为当前研究的热点。

二、研究目的与意义本研究旨在探究制备过程中添加化学添加剂对PZT铁电陶瓷力电性能的影响，寻找一种新的快速、有效、低成本的改性方法，以进一步提升其力电性能，满足高端领域对材料性能的需求。

研究成果将有助于优化PZT铁电陶瓷制备工艺，提高材料性能，扩大其应用领域，具有重要的理论与实践意义。

三、研究内容及方法本研究将在传统固相反应的基础上，添加不同的化学添加剂进行改性。

通过烧结温度、烧结时间、添加添加剂质量等条件的调整，对材料的力电性能进行测试与分析，寻找最佳的添加剂种类、添加量、制备工艺等参数，以达到最优化的改性效果。

材料性能测试方面：采用万能材料测试机、示波器、信号源等测试设备对材料的压电系数、介电常数、电容损耗等关键参数进行测试与分析。

四、预期成果1.实现PZT铁电陶瓷的改性制备，快速且有效地提升其力电性能；2.寻找最佳的添加剂种类、添加量、制备工艺等参数，以达到最优化的改性效果；3.系统地分析改性后的PZT铁电陶瓷的力电性能，并对其储电、传感、电压控制等应用领域进行探讨；4.在铁电陶瓷相关领域发表相关学术论文，掌握相关知识和技能，接受相关专业培训。

五、研究难点1.如何选择适宜的化学添加剂，并确定最佳的添加量和烧结工艺；2.如何准确地测试和分析PZT铁电陶瓷的力电性能，以评估其改性效果；3.如何针对不同的应用领域优化改性PZT铁电陶瓷的力电性能。

抗静电高分子复合材料研究进展
周建萍;丘克强;傅万里
【期刊名称】《工程塑料应用》
【年(卷),期】2003(31)10
【摘要】介绍抗静电高分子复合材料的研究概况,重点阐述目前提高高分子材料抗静电性能所采取的4种主要方法:添加导电填料法、添加抗静电剂法、与结构型导电高分子材料共混法和涂层法.分析了这些方法改进高分子材料的抗静电性能的特点,并介绍其应用情况.指出抗静电高分子复合材料的发展趋势.
【总页数】3页(P60-62)
【作者】周建萍;丘克强;傅万里
【作者单位】中南大学化学化工学院,长沙,410083;中南大学化学化工学院,长沙,410083;浙江大学材料与化学工程学院,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TB33
【相关文献】
1.导热高分子复合材料的研究进展 [J], 赵敬棋; 孟凡成; 申景博; 冯亚凯
2.网络互穿金属/高分子复合材料的制备方法及性能研究进展 [J], 李颖;杨旭林;冯威;李逵;王盼;周祚万
3.高分子复合材料在汽车轻量化方面的研究进展 [J], 汤佳铭;俞亮
4.导电高分子复合材料研究进展 [J], 张强
5.陶瓷化高分子复合材料研究进展 [J], 周景纬
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Sol-Gel法制备PLZT系铁电薄膜
侯识华;宋世庚;郑应智;马远新;郑毓峰
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2002(010)001
【摘要】介绍了Sol-Gel法,并对近年来Sol-Gel法制备PLZT系铁电薄膜材料的有关研究进行了分析和总结,详细介绍了Sol-Gel法制备PLZT系铁电薄膜材料的各种原料及工艺流程.
【总页数】6页(P107-112)
【作者】侯识华;宋世庚;郑应智;马远新;郑毓峰
【作者单位】中国科学院,新疆物理研究所,新疆维吾尔自治区,乌鲁木齐,830011;中国科学院,新疆物理研究所,新疆维吾尔自治区,乌鲁木齐,830011;中国科学院,新疆物理研究所,新疆维吾尔自治区,乌鲁木齐,830011;新疆医科大学基础部,新疆维吾尔自治区,乌鲁木齐,830054;新疆大学物理系,新疆维吾尔自治区,乌鲁木齐,830046【正文语种】中文
【中图分类】O484
【相关文献】
1.SOL-GEL方法制备PZT铁电薄膜新方法及铁电特性研究 [J], 颜雷;汤庭鳌;黄维宁;姜国宝;程旭;姚海平;钟琪
2.Sol-Gel制备Ba1-x Srx TiO3系铁电薄膜的介电、调谐性能* [J], 丁文;丁永平;孟中岩
3.ITO玻璃衬底上PLZT铁电薄膜的制备与电性能 [J], 刘国营;刘祖黎;柳擎;刘红日
4.PLZT铁电薄膜的制备及其性能 [J], 焦永恒;余大书
5.光化学溶胶-凝胶制备PLZT铁电薄膜及其光电特性 [J], 李祯;杨得草;李尔波;岳建设
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用Sol—Gel法制备PZT铁电陶瓷及薄膜
阎培渝;苏涛;等
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】1995(026)002
【摘要】用Sol-Gel法制备了Pb(Zr0.5Ti0.5)O3(PZT)铁电陶瓷与薄膜，观察了它们的结晶情况并测定了它们的电学性能。

利用Sol-Gel法，可降低PZT陶瓷粉料的预烧温度约200℃，所得陶瓷致密，晶粒均匀；具有较好的介电性能。

PZT陶瓷显示弥散相变特征，PZT薄膜的晶化受基底影响很大，基底晶格越完整，与PZT薄膜的晶格失配率越小，PZT薄膜的晶化就越。

采用PbTiO3过渡层促进PZT薄膜在镀铂硅片上晶化。

PbTiO3过渡层与PZT薄膜的串联电路，其表观电学性能与相应的PZT体材料相近。

【总页数】4页(P131-134)
【作者】阎培渝;苏涛;等
【作者单位】清华大学材料科学与工程系，北京100084;清华大学材料科学与工程系，北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TM221
【相关文献】
1.Sol-Gel法制备择优取向铁电陶瓷薄膜的研究进展 [J], 刘乃源;张伟
2.Sol-gel法制备PZT铁电薄膜的疲劳影响因素研究进展 [J], 张兴国;刘军;陈春;胡
道甫
3.Sol-gel独立前驱单体制备PZT铁电薄膜技术 [J], 陈祝;杨邦朝;杨成韬;张树人
4.快速热处理中退火温度对Sol-gel法制备PZT铁电薄膜性能的影响 [J], 胡绍璐;赵海臣;李林华;任丽;邓朝勇
5.反提拉Sol-Gel法制备PZT薄膜及热处理工艺对薄膜性能结构影响的研究 [J], 陈祝;张树人;杨成韬;李金龙;王升;张水琴
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导电性高分子材料
李耀恒;范丽明
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】1989(000)003
【摘要】导电性高分子的第一个实验始于30多年前,自那时起,各种增加它们导电性和试图用作电子元件的努力终于导致人们发现了一类很有前途的新材料—导电高分子材料。

由于这类主链具有共轭π—电子的聚合物在电行为上显示出与常规金属材料或聚合物明显的不同。

特别是最近,有机超导体的发观,使得这个领域的研究更加活跃和引人注目。

【总页数】5页(P48-52)
【作者】李耀恒;范丽明
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TB324
【相关文献】
1.高分子材料导电性能改善研究进展 [J], 张盼;何宇航;张琪;刘亮亮;黎厚斌
2.导电性高分子材料用途广泛 [J],
3.澳大利亚研发出可以设定导电性的高分子材料 [J], 中聚网
4.金属有机膦酸化合物和高分子材料质子导电性质的研究 [J], 张宁;陈婉秋;
5.碳纳米管可改变高分子材料的导电性 [J], 武宏让
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纳米铁电材料铁电性及其力电耦合特性的原子尺度模拟研究王晓媛;闫亚宾;嵨田隆広;北村隆行【摘要】纳米铁电材料的几何构型和特征尺寸严重影响着材料的铁电性,对微电子器件中功能材料的可靠性有着至关重要的影响.数值模拟是研究铁电材料物理特性的重要手段,并且当材料的特征尺寸缩小至数个纳米的量级时,由于极小试样精密制备和微小物理量准确测量等方面困难的制约,数值模拟可能是唯一有效的办法.本文综述了典型二维、一维及零维纳米铁电材料铁电性的若干数值模拟研究进展,重点介绍了纳米铁电材料的极化分布、铁电相变、铁电临界尺寸和力电耦合特性等关键问题的研究成果,展望了纳米铁电材料模拟研究方面的研究重点.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2015(030)006【总页数】10页(P561-570)【关键词】纳米铁电材料;铁电极化;铁电临界尺寸;力电耦合;数值模拟;综述【作者】王晓媛;闫亚宾;嵨田隆広;北村隆行【作者单位】中国工程物理研究院总体工程研究所,绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,绵阳621900;日本京都大学机械工程与科学系,日本京都606-8501;日本京都大学机械工程与科学系,日本京都606-8501【正文语种】中文【中图分类】TM22钙钛矿型铁电材料, 如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)等, 具有良好的铁电性能和电学性质, 如高介电常数、低热电损耗及大热电系数等[1]。

钙钛矿型铁电材料以其优良的电学性质被广泛应用于各种电子器件, 例如压电传感器、激振器、热电热成像装置和介电电容等[2-4]。

近年来, 随着纳米加工技术的不断发展和电子元器件小型化程度的不断提高, 纳米铁电材料在微电子及微机电系统中得到了更为广泛的应用, 例如铁电随机存储器、激振器、高密度小型化电容器、武器部件中的点火装置等[5-6]。

目前已制备的纳米铁电结构包括超薄纳米薄膜、纳米线、纳米管、纳米点(nano-dot)和纳米岛(nano-island)等[7-12]。

铌镁酸铅基弛豫铁电厚膜的研究进展陈晋;樊慧庆【摘要】铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,简称PMN)基弛豫铁电厚膜材料及器件因其具有良好的电学性能而成为近年来研究热点.本文分别从丝网印刷技术、复合溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、流延法、电泳沉积法和水热法等五个方面,归纳和分析了近年来PMN基弛豫铁电厚膜的研究进展.然而,PMN基厚膜电学性能及其内在物理机制的研究相对滞后.今后的研究重点将集中在厚膜的低温制备、物理机制的探究以及新器件的开发上,并为研究新型高性能的无铅型高性能弛豫铁电厚膜打下良好的基础.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2010(025)007【总页数】5页(P673-677)【关键词】铌镁酸铅;弛豫;铁电;厚膜;综述【作者】陈晋;樊慧庆【作者单位】西安建筑科技大学,材料学院,西安,710055;西北工业大学,材料学院,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】TB34自从前苏联科学家Smolensky等首次合成复合钙钛矿结构铌镁酸铅以来, 近年来弛豫铁电体因其具有优异电学性能而日益受到人们的重视[1-3]. 弛豫铁电陶瓷具有很高的介电常数、较小的温度变化率和相对低的烧结温度, 是多层陶瓷电容器的重要材料。

此外该类材料还具有大的电致伸缩效应、压电效应等特点, 在微位移器、致动器和智能材料与器件等方面也能获得广泛的应用[4-6]. 另外, 随着铁电存储技术、微光学电子机械系统和铁电集成电子学的发展, 铁电薄膜/厚膜的制备和应用也成为研究的热点[7].PMN铁电体材料是典型的 B位复合离子钙钛矿结构弛豫铁电体, 居里温度为−10℃, 它能与PbTiO3(PT)形成固溶体, 随着PT含量的增加其居里温度向高温移动; 在PT含量约为35 mol%附近存在一准同型相界(morphotropic phase boundary, 简称MPB)[8], 成分在MPB附近的PMN-PT铁电体有异常高的介电和压电性能[4]. 介电行为在MPB两侧发生突变, 在PT含量低于MPB相界成分的一侧表现出强烈的介电弛豫特征; 而在PT含量超过MPB相界成分的另一侧则表现出典型的普通铁电体特征.随着电子元器件向小型、高灵敏、集成、多功能化方向发展, 薄/厚膜材料及器件逐渐成为研究的重点. 铁电厚膜兼顾了体材料和薄膜材料的优点,PMN基铁电材料广泛应用于制备压电、铁电、热释电器件, 其工作电压低、使用频率宽, 能够与半导体集成电路兼容, 而且电学性能优于薄膜材料[9]. 目前国内外研究 PMN基弛豫铁电陶瓷、单晶和薄膜材料较多, 对其厚膜的研究也刚刚开始. 本文综述了 PMN厚膜的制备方法和研究进展, 并对其厚膜技术研究和发展提出一些建议.厚膜的制备技术已有40多年的发展, 其中丝网印刷技术最为成熟. 近年来, PMN基弛豫铁电厚膜的制备技术得到了很大的发展, 如丝网印刷技术[10-12]、复合溶胶–凝胶法(Sol-Gel)[13]、流延法[14]、电泳沉积法[15-16]和水热法[17]等.1.1 丝网印刷法丝网印刷法是将预烧好的铁电粉体与有机载体混合制备成均匀的厚膜浆料。

二维铁电材料的研究进展张小娅; 王金斌; 钟向丽; 刘琼; 文豪; 吕扬【期刊名称】《《湘潭大学自然科学学报》》【年(卷),期】2019(041)004【总页数】15页(P92-106)【关键词】二维铁电材料; 制备方法; 性能【作者】张小娅; 王金斌; 钟向丽; 刘琼; 文豪; 吕扬【作者单位】湘潭大学材料科学与工程学院湖南湘潭 411105【正文语种】中文【中图分类】TM22+10 引言铁电材料是指在居里温度以下，具有自发极化且其极化方向会随着外加电场的改变而改变的一类重要的功能材料.铁电材料具有优异的铁电性、热释电性、介电性、压电性、光电效应等性能，在信息存储器、压力传感器、介质移相器、压电换能、热释电红外探测、光学存储器、压控滤波器等一系列器件中具有广泛的应用前景，从而备受人们关注[1-2].近年来，随着材料制备技术的进步和微电子集成技术的飞速发展，铁电元件趋向于微型化、集成化、多功能化的方向发展.对于传统铁电薄膜材料，当其尺寸降低到纳米尺度时，由于受到表面效应以及尺寸效应等的影响，其居里温度和极性大小会随着薄膜厚度的减小而降低.当铁电薄膜厚度低于某个临界值时，铁电性就会消失，或者极化会由面外转变为面内[3-6].为了解决这一问题，科学家提出了两种方案[7]：一种是将无铁电性的二维材料改造成具有铁电性的二维材料；另一种是寻找本征的二维铁电材料.为什么要寻找这类二维材料呢？不仅仅是因为二维材料问世不久，而且性能可观，更重要的是它具有以下独特优势：(1)二维材料的电子被限制在二维平面内，增强了其电子特性，所以二维材料是凝聚态物理学和电子/光电子器件领域中基础研究的理想材料.(2)二维材料的厚度极小，有利于提高器件集成度.(3)强烈的面内共价键和原子层厚度使得二维材料表现出了出色的机械强度、柔性以及光学透明度，有望于将其应用在新型器件中.(4)二维材料在拥有极大平面尺寸的同时，还能保持原子层厚度，具有二维体系巨大的比表面积.不仅可以通过表面吸附、外加应变等手段对材料的性质进行调控，而且也极大地吸引了催化和超级电容器这些表面积关联应用领域的研究.(5)二维材料本身就是具有高迁移率的半导体，可以在硅基电路表面形成范德瓦尔斯界面.因此，生长制备时并不需要严格的晶格匹配，即可形成高质量材料.(6)二维材料通过一系列设计可能会克服铁电极化不能保持面外极化的难题.二维铁电材料的巨大前景，引起了国内外研究人员的关注和研究，并且取得了一些新的进展.本文接下来的部分将具体介绍二维铁电材料相关的最新研究进展，并提出展望.1 二维材料铁电性早在1944年，Onsager[8]就给出了二维Ising模型的严格解，预言了二维体系的相变，这为二维铁电材料的研究奠定了理论基础.通常铁电材料产生自发极化需要打破晶体结构的中心反演对称性，与传统铁电块体和薄膜材料相比，二维铁电材料由于维度的降低通常会降低一些对称性，故在一定程度上为铁电性的存在提供了可能性.近年来，科学家们通过理论设计与实验相结合，发现了二维层状材料中铁电性的存在.2013年，吴梦昊等[9]通过第一性原理计算得出通过羟基修饰石墨烯的方法可以获得石墨烯基二维铁电材料(图1(a)).研究发现经羟基修饰后的石墨烯的面内铁电性来源于质子的位移，而且半羟基化石墨烯或者完全羟基化的石墨烯的极化强度高达67.7 μC/cm2，远远高于迄今已知的任何有机铁电材料.之后，吴梦昊等[10]又将这一方法拓展到多种极性基团，发现将锗烯等二维材料以不同极性基团修饰，还可以设计出二维铁电隧道结等一系列器件(图1(b)).这些方法不仅没有显著影响二维材料本征的高迁移率和能带性质，还能将一系列无极化的二维材料铁电化，看似是一种不错的方案，可惜使用这些方法得到的都是面内极化.因为与面内极化相比，垂直极化对于高密度数据存储是更加有利的，因此设计垂直极化成为研究的重点.之后，Yang等[11]通过第一性原理计算发现在双层二维材料中插入卤素原子，由于共价键的饱和性和方向性，原理上可形成垂直方向的极化，而且还可以产生磁电耦合现象(图1(c)).这些设想虽好，但是目前在实验上鲜有进展.但这并未迟滞探索二维铁电材料的脚步，在探索本征二维铁电材料方面，研究人员取得了优异的成果. 图1 以化学功能化将二维材料设计出铁电性的例子Fig.1 Examples of chemically functionalizing two-dimensional (2D)materials to design ferroelectricity吴梦昊等[12]通过第一性原理预测出二维IV-VI族材料(如SnS和SnSe)会因IV族元素孤对电子引起的畸变，产生4个对等的极化基态，导致铁电/铁弹性，并相互耦合，如图2(a)所示.这为二维IV-VI族材料铁电性的研究提供了理论基础.不久，陈曦等[13]通过实验发现单原胞厚的SnTe薄片中存在稳定的面内自发极化，并且该二维铁电体的临界转变温度高达270 K，远高于体材料(临界转变温度为98 K).他们还发现，具有2～4个原胞厚的二维SnTe薄片具有更高的临界转变温度，其铁电性在室温下仍然存在.通过分析发现，量子尺度效应引起的能隙增大、薄片中的缺陷密度以及载流子浓度的降低是二维SnTe中铁电增强的重要原因，然而二维铁电材料的垂直极化仍待进一步研究.2016年，刘铮等[14]测试出二维CuInP2S6中存在垂直方向的铁电性，其中，铁电性源于Cu、In离子在垂直方向的位移(图2(b)).这是至今首次发现具有面外极化的二维铁电材料，为寻找具有垂直极化的二维铁电材料带来了曙光.之后，吴梦昊团队预测过一系列范德瓦尔斯双层(如BN、AlN、ZnO、MoS2、GaSe等)能产生一种层间滑移的垂直铁电[15].Cobden等[16]通过实验证实两层或三层WTe2表现出自发的面外电极化.中国科技大学朱文光研究组与校内外同行合作，通过第一性原理预测二维α-In2Se3会因为Se的位移而使面内极化和面外极化相互关联[17](图2(c)).这个预测由彭海琳等[18]通过实验证实了，这说明二维α-In2Se3在制备成面内极化和面外极化耦合的新型器件方面具有潜在前景.图2 具有本征铁电性的二维铁电材料Fig.2 Two-dimensional ferroelectric materials with intrinsic2 二维铁电材料的制备二维铁电材料最大的特点就是薄，它只有一个或几个原子层厚度，所以制备技术往往对二维铁电材料的应用有极大的影响.至今，二维铁电材料的制备方法主要分为两大类：“自上而下”法和“自下而上”法.其中“自上而下”法主要包括机械剥离法[19-24]、液相剥离法[25-29]等，“自下而上”法主要包括物理气相沉积法[30-34](physical vapor deposition，简称PVD)、化学气相沉积法[35-40](chemical vapor deposition，简称CVD)、两步气相沉积法[43-46]等.2.1 “自上而下”法(1)机械剥离法二维铁电材料原子层内的原子以强的共价键结合，而层与层之间是以弱的范德瓦尔斯力堆叠在一起的，如图3所示.由于二维材料的层与层之间具有弱的相互作用力，所以在外力的作用下，层与层很容易相互分离.机械剥离法利用了这个原理：通过胶带的机械力来克服块状晶体的层间微弱的范德瓦尔斯力，从而得到少层的材料.具体操作方法是将层状的块体材料置于一种特殊的透明胶带(一般采用Scotch胶带)上，将胶带反复粘贴剥离使块体减薄.再将带有薄片的胶带覆盖在洁净的衬底上，轻轻挤压掉胶带和衬底之间的空气，使样品和胶带完全贴附，静置一段时间后，将胶带缓慢地从衬底上撕下，这样就会有较薄的二维层状材料留在衬底上.撕去胶带后的衬底上也会有残留胶，这可以用丙酮去除.最早采用机械剥离法的是英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim，他们在2004年通过这种方式首次制备得到了单层石墨烯[19]，如图4所示.图3 几种二维铁电材料的原子结构Fig.3 The atomic structures of several 2D ferroelectric materials图4 机械剥离制备石墨烯的示意图Fig.4 Schematic diagram of mechanical exfoliation to prepare graphene机械剥离法也广泛地应用在其他单层或者少层材料的制备中.通过多次实验后，研究人员发现想要制备质量较好的二维材料，有几点是需要注意的[20]：① 衬底上所得到的单层或少层的薄片是从层状块体材料上解理下来的，而不是从胶带本身分离下来的.而解理关键点在于层状块体材料中层与层之间以及材料最外层和衬底之间吸引力的竞争关系，只有当衬底与块体材料最外层之间的吸引力大于材料层间的范德瓦尔斯力时，才能实现薄片与块体材料分离并转移到衬底上.这意味着，想要得到大面积薄片就应该增加块体材料最外层和衬底表面之间的吸引力，而不是通过多次解理.多次解理会导致胶带上的薄片碎成小块，从而无法解理得到大面积的薄片.所以通常仅用胶带从块状材料上解理3～10次，就可以得到少层、甚至单层的二维材料.② 增加块体材料和衬底表面之间的范德瓦尔斯力可以利用等离子体处理和加热处理(图5)，即利用等离子体来消除衬底表面上的吸附物，再将带有块体材料的胶带覆盖在衬底表面，并在合适的温度下加热一段时间.待样品冷却到室温后揭掉胶带，这样有助于从块状材料中得到大面积二维材料.图5 新型机械解理石墨烯方法的关键步骤Fig.5 Key steps for a new mechanical cleavage graphene method机械剥离法虽然成本低，制备得到的样品结晶度较高且缺陷少，可以在大气环境中存放较长时间，但是可控性不高，获得的样品厚度、大小、质量不均一，产量也低，不利于大规模生产.所以机械剥离法一般只适用于实验室的基础研究.(2)液相剥离法液相剥离法，顾名思义就是在液相中实现层状材料的剥离，其主要有三种机制：离子插层法、离子交换法、液相超声剥离法.离子插层法(图6(a))是将较小的离子插进层状材料中层与层之间的缝隙，从而增加了层状材料层间间距，进而降低了层与层之间的范德瓦尔斯结合力.离子插层法最关键的是利用插层剂对层状材料进行插层的过程，选择良好的插层剂有利于层状材料在溶剂中发生分离.另外，剥离过程所采用的溶剂也至关重要，剥离得到的二维薄片必须与溶剂之间有良好的相互作用，这样才能有效阻止二维薄片的团聚，最终保证二维材料的稳定分散.离子交换法(图6(b))原理很简单：较小的本征层间离子被较大的外界离子置换，从而增大层状材料的片层间距，削弱层与层之间的相互作用力，在垂直于片层平面方向发生巨大的体积膨胀，最终使其剥离产生相应的二维薄片.离子交换法可以通过施加外力(比如搅拌)使层状材料加速剥离.为了使得到的二维薄片可以稳定分散，可以在丁醇等溶液中进行剥离.在离子交换法中，实现离子进入材料层间的驱动力主要来源于离子渗透压平衡，适用于层间含有可交换离子的层状材料.该方法最突出的优点是剥离过程相当温和，而缺点则是剥离效率不高.随着研究的不断深入，人们发现用超声波辅助液相剥离法是一种更为简单的办法，即把层状材料置于合适的溶剂中进行超声处理，如图6(c)所示.Jan等[25]将石墨薄片加入聚乙烯醇水溶液中，超声处理48 h后，得到大小在1 μm左右、厚度为6～8个原子层的石墨烯.该方法对于溶剂的选择是有要求的，因为不同的溶剂具有不同的表面张力，选择合适的溶剂作为分散体系，少层甚至单层样品就会稳定存在；在不合适的溶剂里，就会发生聚合和沉淀.使用超声剥离法时，还是需要注意两个方面：① 局部高强度的超声会打碎二维薄片，使其尺寸减小，边缘缺陷的相对含量也随之增大；② 较高的超声功率会造成一些稳定性较低的溶剂发生分解，从而产生自由基.所以超声剥离法很适用于一些对二维材料质量要求较高，但又对其用量要求较低的领域.总之，液相剥离法都比较简单、成本低，而且产量较大，但是这种方法所得到的样品尺寸很小，厚度不均一，而且晶体质量差，需要进一步优化.图6 液相剥离法三种机制Fig.6 Three mechanisms of liquid phase stripping 2.2 “自下而上”法(1)物理气相沉积法物理气相沉积法的原理就是在真空条件下，将待蒸发物质在高温下蒸发，通过载气传输，沉积到衬底上.一般PVD法只有一个蒸发源，当然也会有两个或者多个蒸发源用于制备单层合金[30].蒸发源置于炉子温度较高的区域，衬底置于温度较低的区域，同时通入惰性载气.Lin等[31]以In2Se3粉末作为原料，通过物理气相沉积法，在常压下制备单层In2Se3，如图7所示.他们发现调节降温速率，可以得到两种不同物相的二维In2Se3，这是由于慢速降温使原子具有足够的时间在晶体内部扩散，而快速降温原子没有足够的时间在晶体内部扩散.之后，Zhou等[32]采用同样的方法，发现通过改变反应时间可以控制二维In2Se3薄片的尺寸和层数.这为后续利用PVD法制备二维铁电材料的研究提供了可控参数.图7 物理气相沉积法制备In2Se3Fig.7 Preparation of In2Se3 by physical vapor deposition虽然采用PVD法制备的二维材料的物相、成核点、厚度和生长方向都可以通过反应条件调控，生长参数较少，容易摸索，但是物理气相沉积法制备所得到的样品尺寸较小，这不利于后续的物理研究和器件制备.(2)化学气相沉积法化学气相沉积法是一种在衬底上得到高纯材料或薄膜的传统方法.过去10年间，CVD法已经逐渐发展并成为了制造大量超薄二维材料的可靠方法.与PVD法的生长方式不同，CVD法制备一般需要采用两个源[35]：M源和X源.M源一般情况下为M金属的氧化物，如MoO3、WO3等；X源一般为X单质，如硫、硒、碲等，并且除了硫以外，其他X源都需要氢气辅助生长.化学气相沉积法制备所得的样品尺寸较大，样品较薄，通常为单层，厚度均一.要想实现二维铁电材料的实际应用，制备出大面积、高质量二维铁电材料是前提.李悦[36]在研究利用CVD法可控生长二维MoSe2时，发现降低气流量有助于二维MoSe2的纵向生长，增加气流量有助于二维MoSe2的横向生长.随着气流量的增加，会导致二维MoSe2薄膜层数逐渐减少.通过调节气流量还可以改变制备MoSe2过程中的成核密度.同时，随着H2含量的逐渐增加，二维MoSe2形状由最初的六角形向陡直边缘的三角形转变.气流量的变化对二维MoSe2的层数有着重要影响，而氢气含量的变化会对二维MoSe2的形状产生明显影响，这对于实现二维MoSe2及其他二维材料的可控制备，以及深入研究其层数或形状相关的性质及应用有一定的科学价值.图8 化学气相沉积法生产二维过渡金属硫属化合物的生长过程图Fig.8 Growth process diagram of 2D transition metal chalcogenide produced bychemical vapor deposition为了优化CVD法，研究员们也一直在做着不懈的努力.对于二维过渡金属硫属化合物来说，采用CVD法制备时，其金属和金属氧化物前体的熔点较高，导致其难以合成.2018年，林君浩等[37]发展并完善了一种普适性的熔融盐辅助化学气相合成策略，系统地合成出了47种过渡金属硫属化合物.在研究CVD法生产二维材料的生长过程时(图8)，发现质量流量主要控制成核和晶畴生长，而生长速度决定了最终薄膜的晶粒尺寸.这为今后利用CVD法制备二维铁电材料，提供了新的思路. (3)两步气相沉积法在20世纪30年代，前苏联物理学家Peierls和英国物理学家Landau曾预言，二维材料在热力学上是不稳定的且不能稳定存在[41-42].为了能可控地生长出在大气环境中稳定存在的二维材料，高力波等[43]在研究二维硒化膜时，预测出二维材料的不稳定性影响因素主要来源于其产物中的氧键或者原子空位，于是改进了两步气相沉积法，即先利用物理气相沉积法(PVD)制备过渡金属薄膜，然后利用化学气相沉积法(CVD)进行硒化处理.经过实验，发现利用这种方法生长出的二维NbSe2表现出极佳的环境稳定性.在使用这种两步气相沉积法制备二维材料的过程中，要确保PVD过程中不存在氧气，而且要求过渡金属薄膜具有良好的结晶性.同时，在常压CVD过程中，也要确保反应腔体中吸附的水与氧气都被去除干净；在常压条件下生长二维薄片，有利于降低其内应力.该工作不仅开发了一种能够生长稳定的二维材料的方法，同时也表明，绝大多数的二维材料在大气环境下应该是能够稳定存在的.这种方法制备的硒化物薄膜，层数可控，尺寸可控，这对于二维铁电材料的基础研究以及未来器件的实用化都有着重要的意义.3 铁电性能的调控3.1 原子结构原子结构对二维材料的铁电性非常重要.对于同种二维材料来说，不同的原子结构与其是否具有铁电性有很大的关联.对于具有铁电性的二维材料来说，原子结构的不对称性越大，其产生的自发极化越大.这些对于探索新的二维铁电材料提供了方向.朱文光等[47]利用CVD法生长二维In2Se3时，发现通过快冷和慢冷分别得到β-In2Se3和α-In2Se3.经过测试发现，α-In2Se3在面内和面外方向上都具有铁电性，但观察到不同层的β-In2Se3没有相位差(图9)，表明它不具有铁电性.通过研究发现其中心Se原子层的横向运动会导致二维α-In2Se3的面内极化和面外极化相互关联.图9 不同厚度下二维β-In2Se3的PFM图F ig.9 PFM images of 2D β-In2Se3 with the different thicknessesZhang等[48]发现具有波纹状结构的二维GeTe和SnTe在沿着[010]方向的IV族原子和Te原子之间存在距离(图10(a))，这种原子间的相对位移会导致自发极化.而二维PbTe的原子结构中并没有相对原子位移(图10(b))，所以没有发现其具有铁电性.此外，还证实了较大的原子相对位移会形成较大的自发极化值并导致较高的转变温度.图10 原子结构示意图Fig.10 Schematic diagram of atomic structure3.2 膜厚效应图11 (a)厚度为2～6 nm的二维α-In2Se3薄片AFM图像，比例尺为1 μm；(b，c)相应的面内极化的PFM图像((b)振幅；(c)相位);(d)不同的厚度与面内极化的关系Fig.11 (a)AFM images of 2D α-In2Se3 flakes with the thickness of 2～6 nm,the scale bars is 1 μm；(b,c)The corresponding IP PFM images((b)amplitude;(c)phase);(d)Relationship between different thicknesses andIP膜厚对二维铁电材料的铁电性能具有影响，这是毋庸置疑的.研究员们通过实验发现对于铁电性，膜厚使其产生“奇偶效应”.朱文光等[47]利用CVD法在云母基片上生长了二维α-In2Se3后，通过测试不仅发现在不同厚度的二维α-In2Se3具有单畴，还发现厚度为偶数时，相位差异小(图11).对于2～6 nm的薄片，观察到明显的奇偶效应(图11(d))：在层数为偶数时，二维α-In2Se3由于反向极化而导致零偏振.3.3 其他调控外加应力和电场常被用来研究和调控低维纳米材料的性质，所以研究人员猜想是否可以通过外界调控在原来非铁电材料的二维材料中引入铁电性，这为设计和调控二维铁电材料极化提供了新的思路.由于铁电材料存在压电效应，施加合适的应力往往可以成为一种调控极化的有效途径.Zhang等[48]通过第一性原理计算发现二维单层PbTe基态结构具有中心反演对称性，从而限制了其自发极化.但当施加平面双向拉伸应力后，Pb和Te原子发生平面内相对位移，从而在平面内产生自发极化，得到平面内铁电性(图12)，表明通过施加合适的拉伸应力可以在二维PbTe中引入铁电性，并且二维PbTe的自发极化随着拉伸应力的增加而增加.利用外加电场同样可以对二维材料的铁电性进行调控，胡婷等[49]通过第一性原理计算，发现磷烯纳米带在垂直电场调控下，产生电荷的移动，最终实现基于电子极化的平面内铁电性，并且发现双层磷烯纳米带中的极化强度与传统的钙钛矿铁电材料相当.图12 二维单层PbTe相对原子位移(RAD，蓝线)与拉力的关系Fig.12 Relationship between 2D single-layer PbTe relative atomic displacement (RAD,blue line)and tensile force另外，阚二军等[50]在第一性原理计算的基础上，研究了在层状过渡金属卤化物体系中通过电荷掺杂引入铁电性的可能性.以本征的过渡金属卤化物CrBr3为例，由于其高对称性(D3d)的结构而不具有铁电性.但研究发现，通过掺入Li等阳离子会使相邻的Cr-Br6格点上产生反常的非对称Jahn-Teller畸变.这种畸变同时打破了体系原本的轨道序与电荷序，从而引发面内的铁电极化.并且该体系中的电极化与磁化具有较强的关联性，为磁电耦合及二维多铁性材料的研究提供了新的平台.综上所述，施加合适的应力、外加电场和电荷掺杂对于二维材料铁电性能的设计调控具有重要意义，这为今后的研究奠定了坚实的理论基础.4 其他性能众所周知，当材料中同时具有两种或两种以上基本铁性(如铁磁性、铁电性、铁弹性等)并实现相互耦合,则构成了多铁性.多铁性材料是将多种参量耦合在一起，从而可能实现不同铁性之间的相互调控,形成一种新型的多功能材料，这在纳米电子学等领域有着广阔的应用前景.一般来说，铁电性和铁磁性在信息读写方面各有特点，最佳组合则是“电写磁读”，因而铁电性和铁磁性相互耦合的多铁材料是多功能材料研究领域的热点.Yang等[11]通过第一性原理计算发现，卤素功能化的磷烯双层不仅具有垂直平面的电极化，还具有“可移动”的磁性.它具有特别的优势：“可移动”的磁性可以由铁电性控制，使卤素功能化的磷烯双层在高自旋极化、高p掺杂的“开”状态和无磁绝缘的“关”状态之间转换，从而实现高效的电写入和磁读取.另外，二维层状半导体具有很好的力学性质，有望于制备成柔性电子器件.陈鹏[51]通过结合二维材料的较强机械柔韧性和铁电材料极易被应力调控这两个功能特性，预言了一种二维铁电体BiN.其具有较强的电极化矢量，电极化率高达88 μC/cm2，并且它的电极化矢量对外界机械应力很敏感，所以用很小的应力便可以使极化翻转.同时，它的带隙也会在应力的作用下实现直接带隙和间接带隙之间的相互转化.单层BiN的这些功能特征使得其应用于柔性电子器件当中具有巨大潜力.刘云霞等通。