对一种金属-有机钙钛矿热膨胀机制的研究

【作者】 冯国强； 李伟；

【机构】 华中科技大学物理学院； 湖北第二师范学院物理与机电工程学院；

【摘要】 金属–有机骨架化合物[C(NH2)3][Mn(HCOO)3],1,是由Mn(Ⅱ)金属离子、胍离子和甲酸组装得到的具有ABX3型钙钛矿结构的新型凝聚态材料[1,2]。材料1属于正交晶系,空间群为Pnna。结构中每个Mn O6八面体和六个相邻的八面体通过HCOO-相连接,形成[Mn(HCOO)3]-的阴离子骨架结构,[C(NH2)3]+阳离子填充在骨架中间,[C(NH2)3]+和[Mn(HCOO)3]-骨架通过六个桥连型氢键连接。整个结构类似ABX3型钙钛矿,A、B和X分别是[C(NH2)3]+、Mn2+和HCOO-(图1a)。变温单晶X-射线衍射实验结果揭示材料1的c轴表现出较强的负热膨胀性质。材料1的结构可以用图1b所示的"hinge-strut"模型来简化,其中锰离子和甲酸根分别可以抽象成hinge和strut。通过对不同温度下材料的晶体结构进行分析,发现"hinge-strut"结构中的θ角随着温度的上升逐渐增大,而φ角则逐渐减小(图1c),这导致c轴的长度随温度的增加而减小。计算[3]表明c轴的负热膨胀系数达-12.01MK-1,a和b轴的热膨胀系数分别为44.19和28.54 MK-1。更多还原