一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法
阅读说明：本技术 一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法 (CsPbBr obtained by tensile strain induction3Method for making ferroelectric single crystal thin film ) 是由 袁国亮 万磊 赵泽恩 马晓姿 于 2020-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr-(3)铁电单晶薄膜的方法,通过对厚度为2 nm～100 nm的任意晶面的CsPbBr-(3)单晶薄膜表面的一个晶向施加1.1%～9.8%的拉伸应变或者对(100)-(c)、(010)-(c)或(001)-(c)三种伪立方晶面的CsPbBr-(3)单晶薄膜表面的两个相互垂直的晶向同时施加等量的0.68%～6.24%的拉伸应变,诱导CsPbBr-(3)单晶薄膜由高对称结构顺电相向低对称结构铁电相转变,进而得到具有铁电性能的CsPbBr-(3)单晶薄膜。本发明避免了使用元素掺杂等复杂手段,通过简单机械拉伸方法即可直接在室温下获得具有铁电性能的CsPbBr-(3)单晶薄膜,进而有效调控CsPbBr-(3)的光电转换效率,能够进一步提高CsPbBr-(3)基器件的发光等性能。(The invention discloses a method for obtaining CsPbBr by tensile strain induction 3 The method for preparing the ferroelectric single crystal film comprises the step of preparing CsPbBr with the thickness of any crystal face of 2-100 nm 3 Applying 1.1% -9.8% tensile strain or pair (100) to one crystal orientation of the surface of the single crystal film c 、(010) c Or (001) c CsPbBr with three pseudo-cubic crystal faces 3 Simultaneously applying equal 0.68% -6.24% of tensile strain to two mutually perpendicular crystal directions on the surface of the single crystal film to induce CsPbBr 3 The monocrystal film is changed from paraelectric phase with high symmetry structure to ferroelectric phase with low symmetry structure, so as to obtain CsPbBr with ferroelectric property 3 A single crystal thin film. The invention avoids causingBy using complex means such as element doping and the like, CsPbBr with ferroelectric property can be directly obtained at room temperature by a simple mechanical stretching method 3 Single crystal film to effectively regulate CsPbBr 3 The photoelectric conversion efficiency of CsPbBr can be further improved 3 The performance of the device such as light emission.)
技术领域
本发明涉及铁电钙钛矿技术领域，具体涉及一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法。
背景技术
近年来，全无机卤化物钙钛矿凭借优异的稳定性和光电性能成为新一代极具竞争力的光电功能材料，在太阳能电池、光电探测、发光二极管、LED等领域得到广泛的应用。其中，全无机钙钛矿CsPbBr3由于耐高温高湿性能优异、生产成本低、光吸收系数高、载流子迁移率大和较高的开路电压受到科研人员的极大关注。
目前可通过材料Si制备出绝大多数半导体和微电子器件，包括N型半导体、P型半导体、NP结、三级管和场效应管。相较于Si，虽然CsPbBr3也是优异的半导体材料，具备载流子寿命长、迁移率高、能带带隙仅为2.3eV，温度稳定性好等优点，但是，目前尚未有成熟的技术制备CsPbBr3的N型半导体、P型半导体及NP结，这限制了CsPbBr3在半导体光电功能器件方面的应用。当使用CsPbBr3与其它半导体材料构建异质结构时，其异质结构界面会产生较多的缺陷，这也会影响异质结构的半导体及光电性能。如何在CsPbBr3材料中获得耗尽层和单向导电性并进一步扩展其使用范围，是目前急需解决的问题之一。目前科研人员多采用元素掺杂改性、改变单晶生长方式等方法进一步改善CsPbBr3的半导体性能，甚至试图制备N型或P型半导体，但离子掺杂使CsPbBr3缺陷浓度增加，载流子迁移率降低，更进一步降低CsPbBr3的半导体综合性能。而当使CsPbBr3获得铁电性能，并引入宏观铁电极化时，能够在CsPbBr3表面产生铁电极化电荷和空间耗尽层，利用铁电极化翻转调控CsPbBr3表面的铁电极化电荷和空间耗尽层，进一步调控CsPbBr3单向导电性。与杂质离子掺杂CsPbBr3不同，拉伸CsPbBr3不会显著改变材料的少数载流子寿命和载流子迁移率。
目前，关于铁电相CsPbBr3的报道较少。有文献发现改变压力和温度可以获得稳定的四方相CsPbBr3(Y.Nagaoka,et al.Nanocube Superlattices of Cesium Lead BromidePerovskites and Pressure-Induced Phase Transformations at Atomic andMesoscale Levels,Advanced Materials,2017,29(18):1606666；Sharma,et al.PhaseTransitions in CsSnCl3 and CsPbBr3 An NMR and NQR Study,Zeitschrift FürNaturforschung A,1991,46(4):329-336)，对其铁电性能并未进行介绍。Li等人将CsPbBr3冷却至77k后发现其结构为正交相且检测到了铁电性的存在，然而温度达到298K时其晶体结构恢复为立方结构，无法满足室温及更高温度的使用需求(Xia Li,et al.Evidence forFerroelectricity of All-Inorganic Perovskite CsPbBr3Quantum Dots,Journal ofthe American Chemical Society,2020,142(7):3316-3320)。Zhao及其团队通过对四方相钙钛矿CsPbBr3施加0GPa到19GPa的静水压力，使其晶体几何结构得到优化进而获得了强铁电性，然而这种施加应力的方式较为复杂，实验所需设备精度要求较高(Yu-Qing Zhao,etal.Pressure-Induced Strong Ferroelectric Polarization in Tetra-PhasePerovskite CsPbBr3,Physical Chemistry Chemical Physics,2018,20(21):14718-14724)。Lu等人将原位制备与可控机械拉伸相结合，通过嵌入钙钛矿纳米晶的方式，制备出具有强发射极化光致发光的聚合物复合膜，但是制备工艺较为繁琐，拉伸对象有待进一步拓展，尚未涉及其铁电性能的研究(Wen-Gao Lu,et al.Strong PolarizedPhotoluminescence from Stretched Perovskite-Nanocrystal-Embedded PolymerComposite Films,Advanced Optical Materials,2017,5(23):1700594)。
因此，本发明通过研究特殊的处理方式使CsPbBr3材料获得稳定的铁电性能，进而实现CsPbBr3材料在铁电领域的重大突破，并在此基础上通过引入宏观铁电极化促进该铁电CsPbBr3材料获得耗尽层和单向导电性，改善CsPbBr3的综合半导体性能，并扩展其在光电领域的应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法。本发明方法可直接在室温获得具有铁电性能的CsPbBr3单晶薄膜，避免了使用元素掺杂等复杂手段，也不会改变其化学组成，为制备CsPbBr3铁电单晶薄膜提供了一种新方案。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法，采用厚度为2nm～100nm的任意晶面的CsPbBr3单晶薄膜，对其表面的一个晶向施加1.1％～9.8％的拉伸应变，诱导该单晶薄膜从高对称结构顺电相向低对称结构铁电相转变，进而得到CsPbBr3铁电单晶薄膜。
一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法，采用厚度为2nm～100nm的(100)c、(010)c或(001)c三种伪立方晶面的CsPbBr3单晶薄膜，对其表面的两个相互垂直的晶向同时施加等量的0.68％～6.24％的拉伸应变，诱导该单晶薄膜从高对称结构顺电相向低对称结构铁电相转变，进而得到具有铁电性能的CsPbBr3单晶薄膜。
优选的，厚度为2nm～100nm的CsPbBr3单晶薄膜首先通过溶液法制备出CsPbBr3单晶，然后通过单晶衍射确定拉伸平面并进行切割，所得单晶再依次进行第一次减薄处理、清洗及干燥处理、加固处理、第二次减薄处理及漂洗工序。
优选的，使用紫外光固化胶将厚度为2nm～100nm的CsPbBr3单晶薄膜粘贴在柔性聚酰亚胺(PI)衬底上。
具体的，预先采用紫外光固化胶均匀、致密地涂覆柔性PI衬底，将厚度为2nm～100nm的CsPbBr3单晶薄膜转移至柔性PI衬底，使用紫外灯进行照射，并确认光线确实能照透至粘合部位，完成CsPbBr3单晶薄膜在柔性PI衬底上的粘贴。
优选的，采用拉伸装置对厚度为2nm～100nm的CsPbBr3单晶薄膜施加拉伸应变。
具体的，拉伸装置包括一块固定底板、两个螺旋控制器和布置在固定底板四个方向上的四个位移滑台，第一位移滑台、第三位移滑台固定设置在固定底板上，第二位移滑台可移动，与第一位移滑台平行设置，第四位移滑台可移动，与第三位移滑台平行设置，第二位移滑台和第四位移滑台上分别设置螺旋控制器，同一水平方向上的两个位移滑台间的初始距离为2cm，最大滑移距离为1cm，螺旋控制器最小精度为0.01mm。
优选的，卸载拉伸应变后，CsPbBr3单晶薄膜的拉伸应变量为0，薄膜的各项性能均恢复到拉伸前的初始状态。
与现有技术相比，本发明的有益之处为：
(1)本发明通过使CsPbBr3具备铁电性，利用铁电极化分离光生电子-空穴对并调控电子和空穴的分离和传输，进而有效调控CsPbBr3的光电转换效率。
(2)本发明通过简单机械拉伸方法可直接在室温下获得具有铁电性能的CsPbBr3单晶薄膜，避免了使用元素掺杂等复杂手段，且不改变其化学组成，为制备铁电CsPbBr3单晶薄膜提供了一种新的途径。
(3)本发明采用的拉伸应变诱导CsPbBr3顺电相结构向铁电相结构的转变方法操作简单、成本低，有望在工业上得到应用。
附图说明
图1(a)为本发明立方晶系Oh 1点群CsPbBr3的晶胞结构示意图；(b)为本发明正交晶系C2v点群CsPbBr3的晶胞结构示意图；(c)为本发明四方晶系C4、C4v点群CsPbBr3的晶胞结构示意图；(d)为本发明单斜晶系Cs点群CsPbBr3的晶胞结构示意图；(e)为本发明三斜晶系C1点群CsPbBr3的晶胞结构示意图。
图2为本发明实施例1所制备的5nm CsPbBr3单晶薄膜沿(010)c晶面[100]c晶向拉伸前后及拉伸过程中XRD测试图谱。
图3为本发明实施例2所制备的50nm CsPbBr3单晶薄膜沿(010)c晶面[100]c晶向拉伸前后及拉伸过程中XRD测试图谱。
图4为本发明实施例3所制备的5nm CsPbBr3单晶薄膜沿(001)c晶面[100]c、[010]c晶向同时等量拉伸前后及拉伸过程中XRD测试图谱。
图5为本发明实施例4所制备的50nm CsPbBr3单晶薄膜沿(001)c晶面[100]c、[010]c晶向同时等量拉伸前后及拉伸过程中XRD测试图谱。
图6为本发明实施例5所制备的5nm CsPbBr3单晶薄膜沿(111)c晶面[-211]c晶向拉伸前后及拉伸过程中XRD测试图谱。
图7为本发明实施例6所制备的50nm CsPbBr3单晶薄膜沿(111)c晶面[-211]c晶向拉伸前后及拉伸过程中XRD测试图谱。
图8为本发明实施例7所制备的5nm CsPbBr3单晶薄膜沿(110)c晶面[-110]c晶向拉伸前后及拉伸过程中XRD测试图谱。
图9为本发明实施例8所制备的50nm CsPbBr3单晶薄膜沿(110)c晶面[-110]c晶向拉伸前后及拉伸过程中XRD测试图谱。
图10为本发明实施例1至8所制备的CsPbBr3单晶薄膜拉伸过程中拉伸应变与饱和铁电极化强度关系图。
图11(a)为本发明所使用的拉伸装置在未拉伸状态的示意图；(b)为本发明所使用的拉伸装置在对CsPbBr3单晶薄膜表面的两个相互垂直的方向进行同时施加等量的拉伸应变量时的示意图。
图11(a)、(b)中，1-固定底板；2-螺旋控制器；3-第四位移滑台；4-第二位移滑台；5-CsPbBr3单晶薄膜；6-柔性PI衬底；7-第三位移滑台；8-第一位移滑台。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明进一步详细说明。下述实施例仅为本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明提出的一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法，通过对厚度为2nm～100nm的CsPbBr3单晶薄膜任意一个表面的其中一个晶向施加1.1％～9.8％的拉伸应变，或者(100)c、(010)c或(001)c三种伪立方晶面的两个相互垂直的晶向同时施加等量的0.68％～6.24％的拉伸应变，诱导CsPbBr3单晶薄膜从高对称结构顺电相向低对称结构铁电相转变，制备出CsPbBr3铁电单晶薄膜，进而有效调控CsPbBr3的光电转换效率，其具体步骤为：
1.结合图11(a)，使用紫外光固化胶将厚度为2nm～100nm的特定晶面的CsPbBr3单晶薄膜5粘贴在长2.5cm、宽2.5cm、厚30μm的柔性PI衬底6上，将该柔性PI衬底6固定于拉伸装置的位移滑台上，对该衬底施加拉伸应变，其中，拉伸装置包括一块固定底板1、两个螺旋控制器2、布置在固定底板1前后左右四个方向上的四个位移滑台，第一位移滑台8、第三位移滑台7固定设置在固定底板1上，第二位移滑台4可移动，与第一位移滑台8平行设置，第四位移滑台3可移动，与第三位移滑台7平行设置，第二位移滑台4和第四位移滑台3上分别设置螺旋控制器2，同一水平方向上的两个位移滑台即第二位移滑台4与第一位移滑台8(第四位移滑台3与第三位移滑台7)之间的初始距离为2cm，最大滑移距离为1cm，拉伸装置通过设置在位移滑台上的螺旋控制器2来控制施加的拉伸应变量大小，其最小精度为0.01mm。
2.单个方向拉伸时，将衬底固定在四个位移滑台上，通过螺旋控制器2控制与拉伸方向相同且可移动的位移滑台(第二位移滑台4或第四位移滑台3)进行移动，从而拉伸薄膜。
3.同时拉伸两个互相垂直的方向时，将柔性PI衬底6固定在拉伸装置的四个位移滑台上，通过螺旋控制器2控制第二位移滑台4和第四位移滑台3进行移动，从而拉伸薄膜，拉伸状态如图11(b)所示。
4.每次拉伸完成后将拉伸装置固定，整体放置到XRD仪器托台中央，使X射线完全照射在拉伸后的薄膜上，得到XRD数据，确定薄膜晶格结构。
5.在卸载拉伸应变后，将滑台退至原位，再次对薄膜进行XRD测试，发现CsPbBr3单晶薄膜的拉伸应变为0，薄膜的各项性能均恢复到拉伸前的初始状态。
其中，拉伸前CsPbBr3单晶薄膜的晶体结构为立方Oh 1结构顺电相，当沿(100)c、(010)c或(001)c三种伪立方晶面的CsPbBr3单晶薄膜表面的[100]c、[010]c、[001]c三个伪立方晶向中任意两个晶向同时施加等量的拉伸应变且应变量为0.68％～6.24％时，CsPbBr3单晶薄膜的晶体结构转变为四方C4结构铁电相或四方C4v结构铁电相；当沿CsPbBr3单晶薄膜表面的[100]c、[010]c、[001]c三个伪立方晶向中某一个晶向施加拉伸应变且应变量为1.1％～9.8％时，CsPbBr3单晶薄膜的晶体结构转变为正交C2v结构铁电相；当沿CsPbBr3单晶薄膜表面的[100]c、[010]c、[001]c三个伪立方晶向以外的其它任意一个晶向施加拉伸应变，在应变量为1.1％～3.5％时，CsPbBr3单晶薄膜的晶体结构转变为单斜Cs结构铁电相或单斜C2结构铁电相，在应变量大于3.5％而不大于9.8％时，CsPbBr3单晶薄膜的晶体结构转变为三斜C1结构铁电相。
下面实施例所述CsPbBr3单晶薄膜通过以下方法获得：首先通过溶液法制备出CsPbBr3单晶，然后通过单晶衍射确定待拉伸平面并进行切割，所得单晶再依次进行第一次减薄处理、清洗及干燥处理、加固处理、第二次减薄处理及最终漂洗。该方法可以制备出纳米级精度的薄膜且对薄膜的损伤很小，并且可以根据拉伸晶面的不同而对应得到所需要的单晶薄膜，而后将得到的单晶薄膜转移至预先涂覆紫外光固化胶的PI衬底上，使用紫外灯进行照射，并确认光线确实能照透至粘合部位，完成CsPbBr3单晶薄膜在衬底上的固化(粘贴)，得到实验所需拉伸用单晶薄膜。
由于室温下CsPbBr3的晶体结构为立方Oh 1结构顺电相，其晶胞a、b、c三轴相等，夹角α(b、c轴夹角)＝β(a、c轴夹角)＝γ(a、b轴夹角)＝90°，其晶体结构示意图如图1(a)所示，因此，可通过旋转使三轴互相转换，表现为等价作用，从而呈现出立方CsPbBr3的高度对称性。本发明中对CsPbBr3单晶薄膜施加拉伸应变时，会使其由初始立方相结构相其他相结构转变，包括正交C2v结构铁电相、四方C4、C4v结构铁电相、单斜Cs、C2结构铁电相及三斜C1结构铁电相，其晶体结构示意图分别如图1(b)～(e)所示，为了方便记录和标记，统一采用伪立方晶系的晶面晶向对各相结构进行标注。
实施例1
一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法，所述方法的操作环节如下：
环节1、CsPbBr3单晶的制备
(1)将摩尔比为1：1的CsBr和PbBr2的混合物溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，形成浓度为1.5mol/L的过饱和溶液，在70℃充分搅拌。
(2)将过饱和溶液加热至150℃，过滤出悬浮的不溶物后将溶液逐渐冷却至70℃，并保持10小时以生长籽晶。
(3)按步骤(1)调配新的过饱和溶液，将步骤(2)中得到的籽晶放入其中，获得更大的籽晶，重复三次后将籽晶放入抗溶剂甲苯中保持室温7天，即可得到所需尺寸的高质量CsPbBr3单晶，此时单晶边长约为2mm。
环节2、CsPbBr3单晶薄膜的制备
(1)通过环节1得到高质量的CsPbBr3单晶，选取形状相对完整，厚度相对均匀的单晶作为单晶衍射实验样品，依次选定(100)c、(010)c、(001)c晶面作为切割平面并作标记，以此确定[100]c、[001]c、[010]c晶向的精确位置，然后切割成：沿[100]c晶向上的厚度为2mm、沿[001]c晶向上的厚度为2mm、沿[010]c晶向上的厚度为1mm的方形单晶样品，其中(010)c为拉伸晶向所在平面。
(2)对环节2步骤(1)中切割好的CsPbBr3单晶样品进行第一次减薄处理。本技术方案采用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,简称CMP)技术作为第一次减薄处理手段，得到的薄片样品厚度为25μm。
(3)对环节2步骤(2)中CMP技术处理后的CsPbBr3单晶薄片样品进行清洗及干燥处理。本技术方案采用甲苯溶液进行清洗，超声波处理去除油脂及灰尘等污染物，红外灯照射进行干燥，得到可用于下一步实验的标准CsPbBr3单晶薄片样品。
(4)在进行第二次减薄处理前，对环节2步骤(3)中标准的CsPbBr3单晶薄片样品进行加固处理，防止后续使用过程轻易被损坏。本技术方案采用特制支撑网作为支撑材料，取一滴树脂胶于薄片上，然后在薄片上放置支撑网，待树脂胶固化后即可进行第二次减薄处理。
(5)对环节2步骤(4)中已加固的标准的CsPbBr3单晶薄片样品进行第二次减薄处理。本技术方案采用聚焦离子束(Focused Ion Beam,简称FIB)技术作为第二次减薄处理手段。
优选的，第二次减薄处理后CsPbBr3单晶薄膜的厚度为5nm。
(6)取出环节2步骤(5)中CsPbBr3单晶薄膜样品，进行最终漂洗，即可得到最终实验所需的CsPbBr3单晶薄膜。
环节3、CsPbBr3单晶薄膜的拉伸及性能检测
(1)为将环节2中的CsPbBr3单晶薄膜成功转移到拉伸设备上且不易损坏，本技术方案采用柔性PI衬底，预先使用紫外光固化胶均匀、致密地涂覆衬底，PI衬底的尺寸为长2.5cm、宽2.5cm、厚30μm。
(2)将环节2中得到的CsPbBr3单晶薄膜转移到PI衬底上，使用波长为365nm～400nm的紫外灯照射，并确认光线确实能照透至粘合部位，光照时间为6秒，完成CsPbBr3单晶薄膜在PI衬底上的固化。
(3)将环节3步骤(2)中的表面固化有CsPbBr3单晶薄膜的PI衬底固定于拉伸设备上，固定剂采用QIS-5705弹性胶水，实现可靠、稳定及弹性粘结，得到可用于拉伸实验的PI衬底。
(4)将环节3步骤(3)中的拉伸装置固定，在室温条件下，控制拉伸装置两端的螺旋控制器，沿着单晶薄膜表面的[100]c晶向拉伸环节3步骤(3)中的柔性PI衬底，按照应变量从小到大的原则，依次对衬底进行如下操作：施加拉伸应变-测试-卸载拉伸应变-测试，拉伸应变量依次为0％、1％、1.1％、3％、6％、9.8％、断裂。
(5)所述环节3步骤(4)中的测试分为X射线衍射测试以及饱和铁电极化强度测试，其中X射线衍射测试方法为：将环节3步骤(4)中的拉伸装置整体置于X射线衍射仪样品托盘上，调整合适高度及角度，确保CsPbBr3单晶薄膜在X射线的充分照射下即可。饱和铁电极化强度测试方法为：通过Radiant公司铁电测试仪器对其进行其饱和铁电极化强度测量。
环节4、测试结论分析
(1)根据拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱及测量的饱和铁电极化强度，得到以下结论：当应变量为0％，即薄膜处于初始状态时，其晶体结构为立方Oh 1结构顺电相，不具备铁电性；当应变量为1％时，其晶体结构不发生改变且不具备铁电性；当应变量为1.1％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为正交C2v结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.15μC/cm2；当应变量为3％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为正交C2v结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.24μC/cm2；当应变量为6％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为正交C2v结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.34μC/cm2；当应变量为9.8％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为正交C2v结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.48μC/cm2；当应变量达到9.8％后继续拉伸时，CsPbBr3单晶薄膜发生断裂。因此，沿着(010)c单晶薄膜表面[100]c晶向能产生顺电-铁电相变的有效拉伸应变量为1.1％至9.8％。测试得到本实施例CsPbBr3单晶薄膜拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱如图2所示，晶格常数及其所属晶系、点群和饱和铁电极化强度如表1实施例1所示，饱和铁电极化强度随拉伸应变的变化关系如图10
实施例1所示。
(2)在如环节4步骤(1)中所述的CsPbBr3单晶薄膜的有效拉伸应变范围内，卸载拉伸应变后CsPbBr3单晶薄膜的拉伸应变均恢复到0，且其晶体结构与铁电性均恢复到薄膜的初始状态，为了方便统计，在表1中实施例1记录了施加不同拉伸应变并卸载后薄膜是否恢复初始状态的数据。
实施例2
本实施例按实施例1相同的方式制备CsPbBr3单晶薄膜并按实施例1相同的方式进行拉伸及性能检测，区别在于：
环节2步骤(5)中，优选的，第二次减薄处理后CsPbBr3单晶薄膜的厚度为50nm。
环节4步骤(1)中，当应变量为1.1％时，其饱和铁电极化强度为0.10μC/cm2；当应变量为3％时，其饱和铁电极化强度为0.18μC/cm2；当应变量为6％时，其饱和铁电极化强度为0.27μC/cm2；当应变量为9.8％时，其饱和铁电极化强度为0.42μC/cm2。测试得到本实施例CsPbBr3单晶薄膜拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱如图3所示，晶格常数及其所属晶系、点群、饱和铁电极化强度及施加不同拉伸应变并卸载后薄膜是否恢复初始状态的数据如表1实施例2所示，饱和铁电极化随拉伸应变的变化关系如图10实施例2所示。
实施例3
一种通过拉伸应变诱导得到CsPbBr3铁电单晶薄膜的方法，所述方法的操作环节如下：
环节1、CsPbBr3单晶的制备
(1)将摩尔比为1：1的CsBr和PbBr2的混合物溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，形成浓度为1.5mol/L的过饱和溶液，在70℃充分搅拌。
(2)将过饱和溶液加热至150℃，过滤出悬浮的不溶物后将溶液逐渐冷却至70℃，并保持10小时以生长籽晶。
(3)按步骤(1)调配新的过饱和溶液，将步骤(2)中得到的籽晶放入其中，获得更大的籽晶，重复三次后将籽晶放入抗溶剂甲苯中保持室温7天，即可得到所需尺寸的高质量CsPbBr3单晶，此时单晶边长约为2mm。
环节2、CsPbBr3单晶薄膜的制备
(1)通过溶液法得到高质量的CsPbBr3单晶，选取形状相对完整，厚度相对均匀的单晶作为单晶衍射实验样品，依次选定(100)c、(010)c、(001)c晶面作为切割平面并作标记，以此确定[100]c、[010]c、[001]c晶向的精确位置，然后切割成：沿[100]c晶向上的厚度为2mm、沿[010]c晶向上的厚度为2mm、沿[001]c晶向上的厚度为1mm的方形单晶样品，其中(001)c为拉伸晶向所在平面。
(2)对环节2步骤(1)中切割好的CsPbBr3单晶样品进行第一次减薄处理。本技术方案采用CMP技术作为第一次减薄处理手段，得到的薄片样品厚度为25μm。
(3)对环节2步骤(2)中CMP技术处理后的CsPbBr3单晶薄片样品进行清洗及干燥处理。本技术方案采用甲苯溶液进行清洗，超声波处理去除油脂及灰尘等污染物，红外灯照射进行干燥，得到可用于下一步实验的标准CsPbBr3单晶薄片样品。
(4)在进行第二次减薄处理前，对环节2步骤(3)中标准的CsPbBr3单晶薄片样品进行加固处理，防止后续使用过程轻易被损坏。本技术方案采用特制支撑网作为支撑材料，取一滴树脂胶于薄片上，然后在薄片上放置支撑网，待树脂胶固化后即可进行第二次减薄处理。
(5)对环节2步骤(4)中已加固的标准的CsPbBr3单晶薄片样品进行第二次减薄处理。本技术方案采用FIB技术作为第二次减薄处理手段，得到的单晶薄膜厚度为5nm。
(6)取出环节2步骤(5)中CsPbBr3单晶薄膜样品，进行最终漂洗，即可得到最终实验所需的CsPbBr3单晶薄膜。
环节3、CsPbBr3单晶薄膜的拉伸及性能检测
(1)为将环节2中的CsPbBr3单晶薄膜成功转移到拉伸设备上且不易损坏，本技术方案采用柔性PI为衬底，预先使用紫外光固化胶均匀、致密地涂覆衬底，PI衬底的尺寸为长2.5cm、宽2.5cm、厚30μm。
(2)将环节2中得到的CsPbBr3单晶薄膜转移到PI衬底上，使用波长为365nm～400nm的紫外灯照射，并确认光线确实能照透至粘合部位，光照时间为6秒，完成CsPbBr3单晶薄膜在PI衬底上的固化。
(3)将环节3步骤(2)中的表面固化有CsPbBr3单晶薄膜的PI衬底固定于拉伸设备上，固定剂采用QIS-5705弹性胶水，实现可靠、稳定及弹性粘结，得到可用于拉伸实验的PI衬底。
(4)将环节3步骤(3)中的拉伸装置固定，在室温条件下，控制拉伸装置两端的螺旋控制器，沿着单晶薄膜表面的[100]c、[010]c晶向(相互垂直的两个晶向)对步骤(6)中的柔性PI衬底同时施加相等的拉伸应变，按照拉伸应变量从小到大的原则，依次对衬底进行如下操作：施加拉伸应变-测试-卸载拉伸应变-测试，拉伸应变量依次为0％、0.67％、0.68％、3.12％、4.99％、6.24％、断裂。
(5)所述环节3步骤(4)中的测试分为X射线衍射测试以及饱和铁电极化强度测试，其中X射线衍射测试方法为：将环节3步骤(4)中的拉伸装置整体置于X射线衍射仪样品托盘上，调整合适高度及角度，确保CsPbBr3单晶薄膜在X射线的充分照射下即可。饱和铁电极化强度测试方法为：通过Radiant公司铁电测试仪器对其进行其饱和铁电极化强度测量。
环节4、测试结论分析
(1)根据拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱及测量的饱和铁电极化，得到以下结论：当应变量为0％，即薄膜处于初始状态时，其晶体结构为立方Oh 1结构顺电相，不具备铁电性；当应变量为0.67％时，其晶体结构不发生改变且不具备铁电性；当应变量为0.68％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为四方C4结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.25μC/cm2；当应变量为3.12％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为四方C4结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.39μC/cm2；当应变量为4.99％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为四方C4v结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.42μC/cm2；当应变量为6.24％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为四方C4v结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.53μC/cm2；当应变量达到6.24％后继续拉伸时，CsPbBr3单晶薄膜发生断裂。因此，沿着(001)c单晶薄膜表面[100]c、[010]c晶向能产生顺电-铁电相变的有效拉伸应变量为0.68％至6.24％。测试得到本实施例CsPbBr3单晶薄膜拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱如图4所示，晶格常数及其所属晶系、点群和饱和铁电极化强度如表1实施例3所示，饱和铁电极化强度随拉伸应变的变化关系如图10实施例3所示。
(2)在如环节4步骤(1)中所述的CsPbBr3单晶薄膜的有效拉伸应变范围内，卸载拉伸应变后CsPbBr3单晶薄膜的拉伸应变均恢复到0，且其晶体结构与铁电性均恢复到薄膜的初始状态，为了方便统计，在表1实施例3中记录了施加不同拉伸应变并卸载后薄膜是否恢复初始状态的数据。
实施例4
本实施例按实施例3相同的方式制备CsPbBr3单晶薄膜并按实施例3相同的方式进行拉伸及性能检测，区别在于：
环节2步骤(5)中，第二次减薄处理后CsPbBr3单晶薄膜的厚度为50nm。
环节4步骤(1)中，沿着单晶薄膜表面的[100]c、[010]c晶向对步骤(6)中的柔性PI衬底同时拉伸相等的应变量：当应变量为0.68％时，其饱和铁电极化强度为0.18μC/cm2；当应变量为3.12％时，其饱和铁电极化强度为0.32μC/cm2；当应变量为4.99％时，其饱和铁电极化强度为0.37μC/cm2；当应变量为6.24％时，其饱和铁电极化强度为0.46μC/cm2。测试得到本实施例CsPbBr3单晶薄膜拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱如图5所示，晶格常数及其所属晶系、点群、饱和铁电极化强度及施加不同拉伸应变并卸载后薄膜是否恢复初始状态的数据如表1实施例4所示，饱和铁电极化强度随拉伸应变的变化关系如图10实施例4所示。
实施例5
本实施例按实施例1相同的方式制备CsPbBr3铁电单晶薄膜并按实施例1相同的方式进行拉伸及性能检测，区别在于：
环节2步骤(1)中，单晶衍射定面时，依次选定(-211)c、(01-1)c、(111)c晶面作为切割平面并作标记，以此确定[-211]c、[01-1]c、[111]c晶向的精确位置，然后切割成：沿[-211]c晶向上的厚度为2mm、沿[01-1]c晶向上的厚度为2mm、沿[111]c晶向上的厚度为1mm的方形单晶样品，其中(111)c为拉伸晶向所在平面。
环节3步骤(4)中，沿着单晶薄膜表面的[111]c晶向拉伸环节3步骤(3)中的柔性PI衬底，按照应变量从小到大的原则，依次对衬底进行如下操作：施加拉伸应变-测试-卸载拉伸应变-测试，拉伸应变量依次为0％、1％、1.1％、3.5％、3.6％、5.2％、7.4％、9.8％、断裂。
环节4步骤(1)中，当应变量为0％，即薄膜处于初始状态时，其晶体结构为立方Oh 1结构顺电相，不具备铁电性；当应变量为1％时，其晶体结构不发生改变且不具备铁电性；当应变量为1.1％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为单斜Cs结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.36μC/cm2；当应变量为3.5％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为单斜C2结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.58μC/cm2；当应变量为3.6％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.68μC/cm2；当应变量为5.2％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.76μC/cm2；当应变量为7.4％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.83μC/cm2；当应变量为9.8％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.48μC/cm2；当应变量达到9.8％后继续拉伸时，CsPbBr3单晶薄膜发生断裂。因此，沿着(111)c单晶薄膜表面[-211]c晶向能产生顺电-铁电相变的有效拉伸应变量为1.1％至9.8％。测试得到本实施例CsPbBr3单晶薄膜拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱如图6所示，晶格常数及其所属晶系、点群、饱和铁电极化强度及施加不同拉伸应变并卸载后薄膜是否恢复初始状态的数据如表1实施例5所示，饱和铁电极化强度随拉伸应变的变化关系如图10实施例5所示。
实施例6
本实施例按实施例1相同的方式制备CsPbBr3铁电单晶薄膜并按实施例1相同的方式进行拉伸及性能检测，区别在于：
环节2步骤(1)中，单晶衍射定面时，依次选定(-211)c、(01-1)c、(111)c晶面作为切割平面并作标记，以此确定[-211]c、[01-1]c、[111]c晶向的精确位置，然后切割成：沿[-211]c晶向上的厚度为2mm、沿[01-1]c晶向上的厚度为2mm、沿[111]c晶向上的厚度为1mm的方形单晶样品，其中(111)c为拉伸晶向所在平面。
环节2步骤(5)中，第二次减薄处理后CsPbBr3单晶薄膜的厚度为50nm。
环节3步骤(4)中，沿着单晶薄膜表面的[111]c晶向拉伸环节3步骤(3)中的柔性PI衬底，按照应变量从小到大的原则，依次对衬底进行如下操作：施加拉伸应变-测试-卸载拉伸应变-测试，拉伸应变量依次为0％、1％、1.1％、3.5％、3.6％、5.2％、7.4％、9.8％、断裂。
环节4步骤(1)中，当应变量为0％，即薄膜处于初始状态时，其晶体结构为立方Oh 1结构顺电相，不具备铁电性；当应变量为1％时，其晶体结构不发生改变且不具备铁电性；当应变量为1.1％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为单斜Cs结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.36μC/cm2；当应变量为3.5％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为单斜C2结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.58μC/cm2；当应变量为3.6％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.68μC/cm2；当应变量为5.2％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.76μC/cm2；当应变量为7.4％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.83μC/cm2；当应变量为9.8％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.48μC/cm2；当应变量达到9.8％后继续拉伸时，CsPbBr3单晶薄膜发生断裂。因此，沿着(111)c单晶薄膜表面[-211]c晶向能产生顺电-铁电相变的有效拉伸应变量为1.1％至9.8％。测试得到本实施例CsPbBr3单晶薄膜拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱如图7所示，晶格常数及其所属晶系、点群、饱和铁电极化强度及施加不同拉伸应变并卸载后薄膜是否恢复初始状态的数据如表1实施例6所示，饱和铁电极化强度随拉伸应变的变化关系如图10实施例6所示。
实施例7
本实施例按实施例1相同的方式制备CsPbBr3铁电单晶薄膜并按实施例1相同的方式进行拉伸及性能检测，区别在于：
环节2步骤(1)中，单晶衍射定面时，依次选定(-110)c、(001)c、(110)c晶面作为切割平面并作标记，以此确定[-110]c、[001]c、[110]c晶向的精确位置，然后切割成：沿[-110]c晶向上的厚度为2mm、沿[001]c晶向上的厚度为2mm、沿[110]c晶向上的厚度为1mm的方形单晶样品，其中(110)c为拉伸晶向所在平面。
环节3步骤(4)中，沿着单晶薄膜表面的[110]c晶向拉伸环节3步骤(3)中的柔性PI衬底，按照应变量从小到大的原则，依次对衬底进行如下操作：施加拉伸应变-测试-卸载拉伸应变-测试，拉伸应变量依次为0％、1％、1.1％、3.5％、3.6％、5.2％、7.4％、9.8％、断裂。
环节4步骤(1)中，当应变量为0％，即薄膜处于初始状态时，其晶体结构为立方Oh 1结构顺电相，不具备铁电性；当应变量为1％时，其晶体结构不发生改变且不具备铁电性；当应变量为1.1％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为单斜Cs结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.35μC/cm2；当应变量为3.5％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为单斜C2结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.56μC/cm2；当应变量为3.6％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.69μC/cm2；当应变量为5.2％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.75μC/cm2；当应变量为7.4％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.82μC/cm2；当应变量为9.8％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.93μC/cm2；当应变量达到9.8％后继续拉伸时，CsPbBr3单晶薄膜发生断裂。因此，沿着(110)c单晶薄膜表面[-110]c晶向能产生顺电-铁电相变的有效拉伸应变量为1.1％至9.8％。测试得到本实施例CsPbBr3单晶薄膜拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱如图8所示，晶格常数及其所属晶系、点群、饱和铁电极化强度及施加不同拉伸应变并卸载后薄膜是否恢复初始状态的数据如表1实施例7所示，饱和铁电极化强度随拉伸应变的变化关系如图10实施例7所示。
实施例8
本实施例按实施例1相同的方式制备CsPbBr3铁电单晶薄膜并按实施例1相同的方式进行拉伸及性能检测，区别在于：
环节2步骤(1)中，单晶衍射定面时，依次选定(-110)c、(001)c、(110)c晶面作为切割平面并作标记，以此确定[-110]c、[001]c、[110]c晶向的精确位置，然后切割成：沿[-110]c晶向上的厚度为2mm、沿[001]c晶向上的厚度为2mm、沿[110]c晶向上的厚度为1mm的方形单晶样品，其中(110)c为拉伸晶向所在平面。
环节3步骤(4)中，沿着单晶薄膜表面的[110]c晶向拉伸环节3步骤(3)中的柔性PI衬底，按照应变量从小到大的原则，依次对衬底进行如下操作：施加拉伸应变-测试-卸载拉伸应变-测试，拉伸应变量依次为0％、1％、1.1％、3.5％、3.6％、5.2％、7.4％、9.8％、断裂。
环节4步骤(1)中，当应变量为0％，即薄膜处于初始状态时，其晶体结构为立方Oh 1结构顺电相，不具备铁电性；当应变量为1％时，其晶体结构不发生改变且不具备铁电性；当应变量为1.1％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为单斜Cs结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.33μC/cm2；当应变量为3.5％时，其晶体结构由立方Oh 1结构顺电相转变为单斜C2结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.50μC/cm2；当应变量为3.6％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.58μC/cm2；当应变量为5.2％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.68μC/cm2；当应变量为7.4％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.74μC/cm2；当应变量为9.8％时，其晶体结构均由立方Oh 1结构顺电相转变为三斜C1结构铁电相，其饱和铁电极化强度为0.82μC/cm2；当应变量达到9.8％后继续拉伸时，CsPbBr3单晶薄膜发生断裂。因此，沿着(110)c单晶薄膜表面[-110]c晶向能产生顺电-铁电相变的有效拉伸应变量为1.1％至9.8％。测试得到本实施例CsPbBr3单晶薄膜拉伸前后及拉伸过程中的XRD图谱如图9所示，晶格常数及其所属晶系、点群、饱和铁电极化强度及施加不同拉伸应变并卸载后薄膜是否恢复初始状态的数据如表1实施例8所示，饱和铁电极化强度随拉伸应变的变化关系如图10实施例8所示。
表1各实施例中CsPbBr3单晶薄膜相变后的晶体结构参数及铁电饱和极化强度
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