近日，鄭州大學物理學院梁二軍教授、高其龍博士研究團隊在負熱膨脹框架材料設計探索與機理研究方面取得了新進展，相關成果以“Discovering Large Isotropic Negative Thermal Expansion in Framework Compound AgB（CN）4 via the Concept of Average Atomic Volume”為題發(fā)表于知名期刊《Journal of the American Chemical Society》（IF＝14.695）。鄭州大學為第一單位，高其龍博士為第一作者，梁二軍教授和北京科技大學數(shù)理學院陳駿教授為通訊作者。

負熱膨脹（NTE）作為一種反常的物理現(xiàn)象為高精度熱膨脹控制帶來了希望，但目前發(fā)現(xiàn)的負熱膨脹材料非常有限，具有工程應用價值的則更少，特別是各向同性負熱膨脹材料，完全無法滿足現(xiàn)代科學技術發(fā)展對負熱膨脹材料種類和性能的要求，如何高效地發(fā)現(xiàn)和設計性能優(yōu)異的新的負熱膨脹材料是亟需解決的課題。為了有效解決這一問題，研究團隊在對框架結(jié)構(gòu)負熱膨脹材料及結(jié)構(gòu)柔性與負熱膨脹關系進行研究和分析的基礎上，提出了“平均原子晶格體積”概念來指導發(fā)現(xiàn)和設計新型負熱膨脹體系。該工作給出了“平均原子晶格體積”的關鍵指標，即16?3。當化合物的這一指標大于此數(shù)值時呈現(xiàn)負熱膨脹，反之則為正熱膨脹。為驗證這一概念的有效性，研究團隊在無機化合物晶體結(jié)構(gòu)庫中搜尋，發(fā)現(xiàn)了各向同性AgB（CN）4的平均原子晶格體積為18.83?3，經(jīng)同步輻射高分辨衍射測得其在100K到600K大溫區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為巨大線性負熱膨脹特性（av＝-40′10-6 K-1），超過絕大多數(shù)負熱膨脹材料。采用擴展邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)（EXAFS）和晶格動力學計算（DFT）計算，揭示了此類材料的負熱膨脹主要來源于橋鏈原子C和N原子的橫向振動，其中C和N原子同向振動時的貢獻最大。該研究成果為發(fā)現(xiàn)和設計更多的負熱膨脹材料提供了一個簡便有效的新方法，有助于推動負熱膨脹材料及其應用的快速發(fā)展。

該工作得到了國家自然科學基金、博士后基金和鄭州大學校青年拔尖人才科研啟動經(jīng)費的支持。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c02188 鄭州大學版權所有，禁止非法轉(zhuǎn)載！2020-08-06 11:11:12