南京邮电大学/宁波材料所,最新Nature Chemistry!

铁电材料因具备外电场调控的可翻转自发极化特性，在传感、能量存储、压电驱动、信息存储等领域具有不可替代的应用价值。有机铁电材料凭借溶液可加工性、轻质、本征柔性等优势，适配柔性电子、可穿戴设备等新兴场景，成为材料科学领域的研究热点。

然而，传统有机铁电材料存在两大核心瓶颈：一是晶体中偶极子部分抵消，导致剩余极化强度低；二是分子间弱相互作用难以束缚极性单元，高温下易无序化，居里温度（TC）低、热稳定性差，远不及钛酸钡、钛酸铅等无机铁电材料，严重限制其实际应用。

高性能有机铁电材料需同时满足三个核心条件：存在极性结构单元、偶极子长程有序排列、极化方向可外场翻转。当前难点集中在偶极子高效长程有序排列，因此，构建兼具强分子间相互作用、可控偶极取向与低翻转能垒的有机铁电体系，是突破现有性能瓶颈的关键。

南京邮电大学柔性电子全国重点实验室、材料科学与工程学院张敬教授团队和宁波材料所胡本林研究员团队在《Nature Chemistry》上发表了题为“Molecular rotation and large polarization in charge-transfer ferroelectric cocrystals”的研究论文。

1.新型给体 - 受体共晶体系：设计合成 V 型给体分子二萘并呋喃（DNF）与强 π 共轭受体分子 DTTCNQ 的 1:1 电荷转移共晶（DNF–DTTCNQ），分子组装形成齿轮状堆叠结构，为铁电性能提供独特结构基础。

2.创纪录的综合铁电性能：该共晶剩余极化强度达58 μC·cm^-2，居里温度高达479 K，a 轴方向矫顽场低至0.022 MV·m^-1，综合性能显著优于已报道有机铁电材料，部分指标接近经典无机铁电材料。

3.独特的齿轮式分子旋转翻转机制：外电场驱动下，DNF 分子绕 b 轴协同平面内旋转 42°（非传统 180° 面外翻转），偶极子同步反转实现极化翻转，翻转能垒仅 56 meV，远低于钛酸铅（140 meV），兼顾高极化与低翻转能耗。

4.强热稳定性与各向异性极化：共晶在 100–400 K 下晶体结构稳定，443 K 仍保持45 μC·cm⁻²的高剩余极化；极化呈显著各向异性，c 轴极化强度远高于 a 轴，π-π 堆叠方向极性完全抵消，垂直方向偶极协同取向增强极化。

本研究成功构建 V 型给体 - 受体电荷转移共晶 DNF–DTTCNQ，利用超分子相互作用实现齿轮状分子堆叠，突破传统有机铁电材料极化低、热稳定性差的瓶颈。

该共晶通过平面内齿轮式分子协同旋转实现低能垒极化翻转，兼具 58 μC・cm^-2的高剩余极化、479 K 的高居里温度与 0.022 MV・m^-1 的超低矫顽场，综合性能远超现有有机铁电材料。

研究揭示了 “分子构型设计 - 超分子组装 - 极化翻转机制” 的内在关联，为高性能有机铁电材料的分子设计、结构调控与性能优化提供了全新策略，推动有机铁电材料在低功耗存储、柔性传感、高温压电器件等领域的实际应用。

Molecular rotation and large polarization in charge-transfer ferroelectric cocrystals.Nature Chemistry.

DOI：10.1038/s41557-026-02168-9