近日，鄭州大學(xué)物理學(xué)院梁二軍教授、高其龍博士研究團(tuán)隊在負(fù)熱膨脹框架材料設(shè)計探索與機(jī)理研究方面取得了新進(jìn)展，相關(guān)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(xué)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(xué)數(shù)理學(xué)院陳駿教授為通訊作者。

負(fù)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(fù)熱膨脹材料非常有限，具有工程應(yīng)用價值的則更少，特別是各向同性負(fù)熱膨脹材料，完全無法滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展對負(fù)熱膨脹材料種類和性能的要求，如何高效地發(fā)現(xiàn)和設(shè)計性能優(yōu)異的新的負(fù)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(tuán)隊在對框架結(jié)構(gòu)負(fù)熱膨脹材料及結(jié)構(gòu)柔性與負(fù)熱膨脹關(guān)系進(jìn)行研究和分析的基礎(chǔ)上，提出了“平均原子晶格體積”概念來指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)和設(shè)計新型負(fù)熱膨脹體系。該工作給出了“平均原子晶格體積”的關(guān)鍵指標(biāo)，即16?3。當(dāng)化合物的這一指標(biāo)大于此數(shù)值時呈現(xiàn)負(fù)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(tuán)隊在無機(jī)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(fù)熱膨脹特性（av＝-40′10-6 K-1），超過絕大多數(shù)負(fù)熱膨脹材料。采用擴(kuò)展邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（EXAFS）和晶格動力學(xué)計算（DFT）計算，揭示了此類材料的負(fù)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(xiàn)最大。該研究成果為發(fā)現(xiàn)和設(shè)計更多的負(fù)熱膨脹材料提供了一個簡便有效的新方法，有助于推動負(fù)熱膨脹材料及其應(yīng)用的快速發(fā)展。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、博士后基金和鄭州大學(xué)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(xué)版權(quán)所有，禁止非法轉(zhuǎn)載！2020-08-06 11:11:12