光响应型分子基介电/铁电功能材料的设计与开发

Molecular based dielectric or ferroelectric functional materials have attracted increasing attention due to their mechanical flexibility and environmental friendliness; however, development of functional materials whose dielectric or ferroelectric properties can be switched by external stimuli, particularly by the photo irradiation, remains a great challenge. Such photo responsive materials are not only interesting in the demonstration of the new physical phenomena, but also potential in new technological applications. In this study, we plan to develop new dielectric or ferroelectric materials by employing photo-induced linkage isomerism or photo-induced spin-crossover complex with specific structures as photo active building block, and combining it with structurally flexible counter ion or small molecular moiety. In this material, the crystal structure will be modified by the photo reactions of the photo active building blocks when photo irradiation, consequently, the dielectric or ferroelectric physical properties of materials will be significantly modulated. We will thoroughly examine the mechanisms and structure-function relationships by combination of property measurements, structural analyses, and theoretical calculations. This project is established on the experience of the applicant in the research field of control the physical properties through external stimuli and molecular based dielectric or ferroelectric materials, and the developing trend of the field in molecular functional materials.

分子基介电/铁电功能材料因其环境友好，易于加工等特点引起了研究者越来越多的关注，但开发外部刺激可调控的，特别是材料的介电/铁电性质可以通过光照调控的光响应型分子基介电/铁电功能材料仍然是该领域面临的挑战。开发光响应型分子基介电/铁电功能材料，不仅有助于揭示新的物理现象，同时也有望带来新的技术应用。本研究拟选用具有特定构型的光致键合异构或光致自旋交叉配合物作为光活性构筑基元，通过引入易于发生构型变化的抗衡离子或小分子片段，合成新的介电/铁电功能材料；通过光活性构筑基元的光反应，改变材料的整体结构，实现光照对材料介电/铁电性质的有效调控；通过性质表征、结构分析及理论计算相结合的方式详细考察材料的构效关系，掌握相关的调控机理。本项目的研究建立于申请人在外部刺激调控材料物性和分子基介电/铁电功能材料的研究基础上，并结合了分子基功能材料的发展趋势，有望取得高水平研究成果。

分子基介电/铁电功能材料因其环境友好，易于加工等特点引起了研究者越来越多的关注，但开发外部刺激可调控的，特别是材料的介电/铁电性质可以通过光照调控的光响应型分子基介电/铁电功能材料仍然是该领域面临的挑战。在本项目的资助下，项目组围绕光响应型介电/铁电及相关的双稳态分子基功能材料这一研究中心，开展了三方面的研究工作：1）分别以具有光响应性的硝普酸根离子和自旋交叉分子为构筑基元，开发了两种同时具有光响应性和介电突变、铁电性质的光活性分子基介电/铁电功能材料，获得了一例同时表现多重磁、电协同调控性质的新型磁电功能材料；2）提出了通过分子陀螺或分子轮转动导致指向变化驱动单晶机械伸缩的设计思路，获得了三例具有优异机械形变性质的单晶材料，其中一例表现出极大的各向异性热膨胀参数（正热膨胀为839 × 10−6K−1，垂直方向负热膨胀为−363 × 10−6 K−1），为当时已知固体材料的最大值。3）设计合成新的自旋交叉材料，考察溶剂分子结构变化与材料自旋交叉性质的联系，进一步建立结构相变与材料自旋交叉性质的关联，为实现通过光致自旋转变调控材料的铁电性质提供进一步的研究基础。通过上述研究工作的开展，初步探索了通过光照调控材料介电、铁电性质的可能结构通道，同时也进一步拓展了相关双稳态分子基功能材料的研究范围。