郑州大学在负热膨胀材料性能调控和机制研究方面取得新进展

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负热膨胀材料因其在精密仪器及器件方面的潜在应用前景，近年来受到了许多关注。目前发现的负热膨胀材料还很有限，具有工程应用价值的负热膨胀材料则更少。作为一种典型的各向同性负热膨胀材料，ZrV2O7仅在375K以上才表现出负热膨胀，制约了其应用。自1995年被报道以来，科学家们采用多种方法以期将其相变温度降到室温以下，但未能有效解决。我院负热膨胀材料研究团队在多年研究基础上，采用六价Mo部分替代五价V有效打破其室温下的超结构，实现了涵盖室温的宽温区负热膨胀。通过高分辨同步辐射XRD、中子粉末衍射和高压拉曼光谱研究发现，Mo的部分取代V使V-O2-V/Mo夹角从160o增大到180o，多个高频光学声子模具有负的格林艾森参数，对驱动负热膨胀有主要作用，这与其它框架结构材料中负热膨胀来自低频光学声子模的机制不同。该工作不仅为ZrV2O7结构材料实现宽温区负热膨胀提供了一个简单有效的方法，而且为负热膨胀机制提供了一些新的认识。

这一工作近期以Featured Article发表在《Applied Physics Letters》上，同时被美国物理学联合会的科学之光（Scilight）以《Molybdenum lowers negative thermal expansion of zirconium vanadate to room temperature》为题进行了专访报道。该文第一作者为我院2017级硕士研究生魏伟，通讯作者为我院高其龙博士和梁二军教授。



图 ZrV2O7基负热膨胀材料物相与热膨胀数据

该工作得到了国家自然科学基金的支持（Nos. 11874328, 11574276, and 21905252）。

论文链接：https://doi.org/10.1063/1.5143691

Scilight报道链接：https://doi.org/10.1063/10.0001254