近日，郑州大学物理学院梁二军教授、高其龙博士研究团队在负热膨胀框架材料设计探索与机理研究方面取得了新进展，相关成果以“Discovering Large Isotropic Negative Thermal Expansion in Framework Compound AgB（CN）4 via the Concept of Average Atomic Volume”为题发表于知名期刊《Journal of the American Chemical Society》（IF＝14.695）。郑州大学为第一单位，高其龙博士为第一作者，梁二军教授和北京科技大学数理学院陈骏教授为通讯作者。

负热膨胀（NTE）作为一种反常的物理现象为高精度热膨胀控制带来了希望，但目前发现的负热膨胀材料非常有限，具有工程应用价值的则更少，特别是各向同性负热膨胀材料，完全无法满足现代科学技术发展对负热膨胀材料种类和性能的要求，如何高效地发现和设计性能优异的新的负热膨胀材料是亟需解决的课题。为了有效解决这一问题，研究团队在对框架结构负热膨胀材料及结构柔性与负热膨胀关系进行研究和分析的基础上，提出了“平均原子晶格体积”概念来指导发现和设计新型负热膨胀体系。该工作给出了“平均原子晶格体积”的关键指标，即16Å3。当化合物的这一指标大于此数值时呈现负热膨胀，反之则为正热膨胀。为验证这一概念的有效性，研究团队在无机化合物晶体结构库中搜寻，发现了各向同性AgB（CN）4的平均原子晶格体积为18.83Å3，经同步辐射高分辨衍射测得其在100K到600K大温区内表现为巨大线性负热膨胀特性（av＝-40´10-6 K-1），超过绝大多数负热膨胀材料。采用扩展边X射线吸收精细结构（EXAFS）和晶格动力学计算（DFT）计算，揭示了此类材料的负热膨胀主要来源于桥链原子C和N原子的横向振动，其中C和N原子同向振动时的贡献最大。该研究成果为发现和设计更多的负热膨胀材料提供了一个简便有效的新方法，有助于推动负热膨胀材料及其应用的快速发展。

该工作得到了国家自然科学基金、博士后基金和郑州大学校青年拔尖人才科研启动经费的支持。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c02188 郑州大学版权所有，禁止非法转载！2020-08-06 11:11:12