铁电体是一类具有自发极化并且极化方向可以随外电场发生反转的固体(晶体或聚合物)或液晶材料,在电子领域具有重要的应用,如电容器、非易失性存储器、场效应晶体管、传感器、电容器等。自从1920年第一个铁电体罗息盐问世以来,铁电材料的发展和应用主要集中在无机铁电体和少数有机聚合物铁电体。现代电子学发展的趋势之一是制备纯有机电子器件,因此有机铁电体成为近年来铁电材料的研究热点,它们的发展不仅给材料化学带来了新的挑战,同时由于它们的轻便、柔韧和无毒等优点,也为铁电体在有机电子领域的应用提供了新的思路。随着研究的大量开展,几种性能良好的小分子铁电体陆续被发现,打破了人们对小分子铁电材料居里温度低、自发极化小的传统认识,为其实际应用提供了可能。此外,当铁电性与光学、磁性等性质结合时,自发电极化成为操控物质光学、磁性的新途径,同时也使得利用光和磁场来调控其自发极化成为可能。此类多功能材料,如荧光铁电材料、磁电耦合材料等,无论在基础研究方面,还是在光电器件、自旋电子学、磁电传感等应用方面都有着重要的研究意义。本文从系统研究二异丙胺盐类分子基铁电晶体的铁电特性、制备金属有机配合物单晶、磁性元素掺杂分子基铁电晶体三个方面入手,在分子基铁电单晶的制备及性能调控方面取得了以下研究成果:1.研究了溶液法直接制备二异丙胺溴(DIPAB)铁电单晶的条件,结果表明影响DIPAB晶型的关键因素是晶体生长过程中溶剂/环境中的水分:在无水条件下重结晶得到铁电相的晶体,而在含水条件下得到顺电相的晶体。在此基础上,通过热蒸发法在不同衬底上成功制备了均匀的DIPAB薄膜。2.首次对小分子铁电体DIPAB晶体的电滞回线动力学进行了研究,发现电滞回线面积A随频率f具有三个阶段的变化,不同于无机材料中常见的单峰曲线变化,结合DIPAB的结构特点,认为这可能是由于晶体中同时存在有序-无序振动和离子位移型铁电起源。通过数据拟合,得到了三个阶段A与f和电场E0之间的指数关系式。3.制备了六种不同阴离子(HF2-,Cl-,Br-,I-,NO3-,ClO4-)的二异丙胺(DIPA+)盐晶体并研究了阴离子对晶体的相变温度和铁电性能的影响,结果表明这些晶体的铁电性与阴离子的电负性和结构密切相关:对于卤素阴离子来说,电负性越大,晶体相变温度越高,极化强度越大;DIPA-C104不符合此规律是由于其相变源于C104-离子而不是DIPA+阳离子的有序-无序振动。密度泛函理论计算结果与实验结果符合。4.制备了有机-无机杂化DIPA2MnBr4单晶,晶体在420 K附近发生结构相变,电滞回线和PFM测试表明DIPA2MnBr4具有室温铁电性。此外,DIPA2MnBr4晶体在紫外灯下发强绿色荧光,量子产率高达62%,并且对醇类气体具有灵敏的荧光响应和良好的可重复性。5.以锰(Ⅱ)为金属中心,分别制备了一系列含不同有机胺配体的胺-锰(Ⅱ)-氯配合物和含不同卤素离子的吡咯烷-锰(Ⅱ)-卤素配合物的单晶,研究了有机配体和卤素离子对配合物结构和磁性、荧光等性质的影响。结果表明有机配体和卤素离子均能调控配合物的结构及性质。6.研究了巴豆酸单晶、巴豆酸钴(II)和巴豆酸锰(Ⅱ)配合物晶体的结构和性质。随后,借鉴无机半导体掺杂的概念,制备了(1:10)、(1:5)的锰(Ⅱ)和钴(Ⅱ)掺杂巴豆酸的晶体,所得到的掺杂晶体同时具有磁性和近室温铁电性,在外磁场作用下,锰(Ⅱ)掺杂巴豆酸(1:5)晶体的介电常数随温度发生明显的突变,并且突变随磁场强度增加而向高温移动,表明晶体内可能存在磁电耦合。