Remarkable Enhancement of Piezoelectric Performance by Heavy Halogen Substitution in Hybrid Perovskite Ferroelectrics

压电 铁电性 卤化物 居里温度 钙钛矿(结构) 化学 光电子学 陶瓷 纳米技术 材料科学 凝聚态物理 复合材料 结晶学 无机化学 电介质 物理 铁磁性
作者
Xiao‐Gang Chen,Yuan‐Yuan Tang,Hui‐Peng Lv,Xian‐Jiang Song,Hang Peng,Hang Z. Yu,Wei‐Qiang Liao,Yu‐Meng You,Ren‐Gen Xiong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (3): 1936-1944 被引量:48
标识
DOI:10.1021/jacs.2c12306
摘要

Piezoelectric materials that enable electromechanical conversion have great application value in actuators, transducers, sensors, and energy harvesters. Large piezoelectric (d33) and piezoelectric voltage (g33) coefficients are highly desired and critical to their practical applications. However, obtaining a material with simultaneously large d33 and g33 has long been a huge challenge. Here, we reported a hybrid perovskite ferroelectric [Me3NCH2Cl]CdBrCl2 to mitigate and roughly address this issue by heavy halogen substitution. The introduction of a large-size halide element softens the metal-halide bonds and reduces the polarization switching barrier, resulting in excellent piezoelectric response with a large d33 (∼440 pC/N), which realizes a significant optimization compared with that of previously reported [Me3NCH2Cl]CdCl3 (You et al. Science2017, 357, 306-309). More strikingly, [Me3NCH2Cl]CdBrCl2 simultaneously shows a giant g33 of 6215 × 10-3 V m/N, far exceeding those of polymers and conventional piezoelectric ceramics. Combined with simple solution preparation, easy processing of thin films, and a high Curie temperature of 373 K, these attributes make [Me3NCH2Cl]CdBrCl2 promising for high-performance piezoelectric sensors in flexible, wearable, and biomechanical devices.
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