近期，浙江师范大学张毅/付大伟教授团队在化学领域国际知名期刊Journal of the American Chemical Society（《美国化学会志》）上在线发表了题为Metal-Free Perovskite Ferroelectrics with the Most Equivalent Polarization Axes的研究论文，并被选为封面论文。该研究在铁电材料领域取得突破性进展，从化学设计的角度理解自发极化，成功设计了具有最多极轴的无金属钙钛矿铁电体，实现了更多可调控的极化方向，有利于显著提升材料的铁电性能。这不仅为多极轴分子铁电材料的靶向构建提供了新的策略，也为环境友好型柔性传感器件的开发提供了新的选择‌。该研究得到了浙江省自然科学基金重点项目等的资助。

      铁电体是一类具有可切换自发电极化的重要功能材料，在数据存储、传感、驱动、探测等众多领域中扮演着重要角色。其中，无金属钙钛矿铁电体因其轻质、低成本、生物相容性好和结构可调性等优势，在柔性可穿戴设备、健康检测和生物智能传感等领域表现出广阔的应用前景，而成为新一代学术明星材料。然而，大多数分子铁电体受制于单一极轴特性，在薄膜或多晶态等形式下往往会发生严重的极化抵消，导致性能急剧下降，严重制约其功能器件的应用（如图1所示），无金属钙钛矿铁电体也不例外。

       针对这一问题，研究团队以“铁电化学”理论为指导，在保证三维钙钛矿结构(ABX₃)不坍塌和高对称立方顺电相的前提下，通过对三维结构中A位的有机阳离子进行不对称化学修饰，同时连续降低X位桥连离子的空间对称性，靶向诱导铁电相尽可能地结晶在更低的极性空间群。利用上述化学不对称修饰和配位几何调控的协同策略，研究团队成功发现了两例多极轴无金属钙钛矿铁电体CMDABCO–NH₄–X₃(X=[ClO₄]⁻或[BF₄]⁻) （如图2所示）。它们的铁电相都结晶在最低对称性的P1空间群，同时实现了432F1和m3mF1的顺电-铁电可逆结构相变，这意味着CMDABCO–NH₄–X₃拥有铁电体所能够实现的最多可切换等效极轴（24个）。

       得益于最多极轴的特性，CMDABCO–NH4–X3晶体可在几乎任意方向上表现出有效极化响应和显著极化反转行为。这些特性使其多晶态样品在未极化情况下就可具备约38 pC/N的出色压电响应，可媲美目前商业化的PVDF薄膜(28 pC/N)（如图3所示）。基于材料上述的优异压电响应，研究团队采用三明治夹层结构方式进一步制备了Cu/CMDABCO–NH₄–[ClO₄]₃@PDMS/Cu柔性复合器件，在连续脉冲力作用下，该复合器件表现出了高达11 V的稳定输出电压和灵敏的压力分布及动态变化，明显优于基于经典单极轴分子铁电体TGS所制备的Cu/TGS@PDMS/Cu的器件性能。因此，该器件可用于人体步态识别、呼吸和脉搏检测等医疗监测设备。这项工作不仅为无金属钙钛矿铁电体的设计提供了新的思路，还为柔性环保传感器件的开发提供了新的潜在材料。

浙江师范大学化学与材料科学学院“双龙学者”特聘教授张志旭博士为该论文第一作者，王长峰博士、付大伟教授和张毅教授为通讯作者。浙江师范大学为该论文唯一单位。

近5年，张毅/付大伟教授团队围绕分子基铁电、压电、多铁和结构相变材料开展了系统的研究工作，已在Science、Nat. Mater.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表SCI论文160余篇。