鐵電材料因存在自發極化，可以產生獨特的光伏響應，在光電探測等領域具有重要應用。柔性鐵電材料更是在可穿戴器件及人機交互等領域被寄予厚望。然而，大多數柔性鐵電材料具有難極化、光吸收系數低等缺點，難以產生高的光伏響應。制備有機無機鐵電復合薄膜有利于在較低的極化電壓下獲得高極化性能，并且選擇合適的填充材料還可以調控光吸收特性，這對于獲得具有高光伏響應的柔性鐵電薄膜具有重要意義。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所在柔性鐵電復合薄膜光電響應提升研究中取得新進展。通過在鐵電陶瓷粉體BZTM-BCT表面負載Au和Ag金屬納米顆粒，然后將其嵌入有機鐵電薄膜PVDF，制備了一種柔性鐵電復合薄膜PVDF/BZTM-BCT:Au/Ag，相較純PVDF薄膜，復合薄膜具有高達93%的鐵電相含量以及明顯的可見光吸收。“彎曲+極化”狀態下復合薄膜的光電流比純PVDF提升達57倍。機理研究表明，該狀態下，撓曲電極化與鐵電極化協同促進了光生載流子的分離和傳輸；此外，Au和Ag金屬納米顆粒中的電子在光熱激發后穿過肖特基結進入BZTM-BCT中，增加了光生載流子濃度，兩者協同作用促進了光電性能的提升。器件測試表明，該復合薄膜不僅可以感知光，還可以監測與其接觸物體的移動與形變，展示了在多功能光電傳感器應用中的巨大潛力。相關研究成果以“Ferroelectric, flexoelectric and photothermal coupling in PVDF-based composites for flexible photoelectric sensors”為題發表在Materials Horizons (2024, DOI: 10.1039/d4mh00667d)。論文第一作者為上海硅酸鹽所博士研究生王路，指導教師易志國研究員。

圖1 納米Au/Ag修飾的鐵電BZTM-BCT粉體的基本物理特性。

圖2. 柔性鐵電復合薄膜PVDF/BZTM-BCT:Au/Ag的結構和物理性能表征。

圖3. 復合薄膜光電性能表征。

圖4. 復合薄膜光電性能調控及機理解釋。

圖5. 器件的多功能特性演示。

該工作獲得國家自然科學基金，上海市自然科學基金和中國科學院前沿科學重點項目等資助。

相關鏈接：https://doi.org/10.1039/D4MH00667D