ACS Materials Lett. | 中国科学技术大学汪国睿教授、张忠教授：二维铁电材料CuInP₂S₆中厚度驱动相变与压电性能优化

本文研究背景为传统压电陶瓷材料存在脆性大、柔性差等问题，而二维铁电材料因其原子级厚度和力学柔性成为潜在替代材料。研究目的在于系统揭示二维离子型铁电材料CuInP₂S₆(CIPS)中厚度驱动结构相变的内在机制，以及它如何优化压电性能。研究结论表明:首先，通过接触共振原子力显微技术发现CIPS在约80–100 nm临界厚度区间内发生从三斜相向单斜相的结构转变，伴随着面外弹性模量从约60 GPa突降至约35 GPa，表现出力学“软化”。其次，这种相变与Cu⁺离子迁移行为密切相关，薄层中Cu⁺离子进入层间增强静电力耦合稳定三斜相，厚层中则趋于有序分布转变为单斜相。最后，CIPS的有效压电系数d33在约100 nm附近达到最大值(约27 pm/V)，此时材料兼具较低刚度和较强极化，实现最优的力-电耦合性能。基于此构建的压电器件在循环加载下表现出稳定可靠的电学输出，验证了该厚度调控策略的有效性。本研究建立了“结构演化-力学响应-力电性能”的定量关联，为柔性传感器和微纳机电系统设计提供了物理依据。