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理化所深紫外零线性压缩材料研究取得新进展

发表日期: 2018-06-28
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  在各向均匀受压(静水压)下,绝大多数材料会沿着所有方向发生收缩。然而,自然界中有一类材料违反了这个公认的物理常识,当各向均匀受压时,其沿某一特定方向却反常地保持材料尺寸不变,这类材料被称为零线性压缩材料。由于在不同的静水压力下,零线性压缩材料可以在特定方向上表现出高度的力学性能稳定,所以这类材料对于在大压力涨落等复杂环境中,提升精密仪器的应用稳定性具有重要的科学意义和研究价值。 

  国际上对零线性压缩材料的探索主要集中在具有致密结构的超硬材料领域,目前,仅在极少数超硬材料(如金刚石)中发现了这种反常的力学性质。与致密结构材料相比,非致密结构材料在数量和结构类型方面更为丰富,而且由于其相对开放的骨架结构,在应用方面更具有结构和性能的可调控性。 

  近期,中科院理化技术研究所林哲帅研究员、姜兴兴博士等通过理论推导得到了非致密结构材料中零线性压缩现象发生的条件,建立了理论模型,提出具有类似中国传统木匠文化中鲁班凳结构特点的材料能够产生零线性压缩性。他们通过大规模结构搜索,利用北京同步辐射光源,发现并证实了首个具有非致密结构的零线性压缩材料AEB2O4 (AE=Ca Sr),在静水压下沿着a轴方向的线性压缩率低于金刚石,且光学测量表明其透明区域达到深紫外光谱区(最短波长约170 nm)。结合AEB2O4的线性零压缩性质与良好的光学性能,对其在高压力涨落环境下应用的高精度光学传感器件进行了设计。相关研究结果近期发表在Advanced MaterialsAdv. Mater. 2018, 1801313)上,并被Advanced Science News作为highlight报道。 

  具有非致密“鲁班凳”结构的深紫外硼酸盐材料在静水压下表现出强烈的抗压性 

  近年来,林哲帅研究员课题组致力于具有优秀光电功能的硼酸盐晶体的反常力学、反常热学性能方面的研究。在深紫外非线性光学晶体KBBF中发现了面负压缩性质(Adv. Mater. 2015, 27, 4851–4857; J. Appl. Phys. 2016, 119, 055901),在LiBeBO3Zn4B6O13中分别发现了面负热膨胀和近零膨胀性质(Chem. Comm. 2014, 50, 13499; Adv. Mater. 2016, 28, 7936–7940; RSC Adv. 2017, 7, 20382043)。这些新奇物理性能的发现,有望提高光电功能材料在复杂或极端环境中的使用能力,有效拓展其应用范围和领域。 

  该项研究工作得到国家自然科学基金委(面上项目、青年基金项目和中俄合作项目)、科技部“863”项目、中国科学院青年创新促进会以及中科院理化所所长基金的大力支持。 

  文章链接:https://doi.org/10.1002/adma.201801313 

   

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