借助MXene合成的板状铁电晶体

铌酸钾（KNbO 3）是一种钙钛矿铁电晶体，由于其光学性质，已被发现可用于许多材料科学研究领域，包括电光学，压电和电子应用。

与迄今为止合成的线状或棒状的KNbO 3晶体不同，难以制造板状（矩形）的铁电晶体。然而，这种形状将是非常有利的，因为它可以容易地安装在光学应用和设备中。

先前尝试使用Nb 2 O 5和KOH作为前体通过水热合成来制备KNbO 3晶体，甚至使用SDS作为表面活性剂，也仅产生了针状晶体。

与以前报告的结果不同，研究人员现在首次成功地生产出具有均匀平面形状和c轴织构的大型KNbO 3晶体（在某些应用中，某些晶体方向垂直于表面是有利的） ，使晶体可用于实际的电光应用。

“由于MXene具有2D形态，即类似石墨烯的二维结构，我们发现如果将它们用作生长铁电晶体的前驱体材料，它们的2D性质将被铁电晶体所继承，” Husam N. Alshareef教授沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）告诉Nanowerk。“这使我们能够制造出高纵横比的板状铁电晶体，到目前为止，这是很难做到的。”

该团队在高级材料（“ MXene衍生的铁电晶体”）中报告了他们的发现。

从MXenes 制备高长径比铁电晶体（KNbO 3）的策略。（图片：KAUST功能纳米材料与器件部门）（点击图片放大）

基本上，通过这种合成方法，铁电晶体虽然较厚，但仍继承了MXene的2D特性。结果产生了高纵横比的高质量板状KNbO 3晶体，是微机电和集成光子应用所需的，

由于基于不同的MXene前体的不同的晶体生长， 源自MXene的KNbO 3晶体的尺寸范围从几微米到40微米。可以通过调整MXene薄片的大小和均匀性来对其进行优化。

“我们通过水热合成将MXenes（Nb 2 C）转化为KNbO 3的新方法简单，通用，可用于合成其他铁电钙钛矿，例如LiNbO 3和NaNbO 3，”涂少波博士生指出。并是该研究的主要作者。

片状的MXene衍生的KNbO 3晶体由于其高长宽比和强大的铁电性，可用于制造具有先进的铁电，压电和介电性能的纹理化KNbO 3陶瓷。

小组研究的下一阶段将是合成其他Nb2C MXene衍生的铁电晶体，例如LiNbO 3，NaNbO 3，KxNa 1-x NbO 3以及对其光学性质的研究。

Alshareef总结说：“对于我们的研究领域而言，最重要的未来方向之一就是设计和合成MXene衍生的铁电超薄薄膜，用于制造电子设备。” “目前我们面临的特殊挑战是，但我们希望克服的挑战是由于薄膜在基材上分布不均，合成薄膜的表面粗糙度相对较大。” 信息来源：nanowerk