深紫外零線性壓縮材料研究取得新進展

在各向均勻受壓（靜水壓）下，絕大多數材料會沿著所有方向發生收縮。然而，自然界中有一類材料違反了這個公認的物理常識，當各向均勻受壓時，其沿某一特定方向卻反常地保持材料尺寸不變，這類材料被稱為零線性壓縮材料。由於在不同的靜水壓力下，零線性壓縮材料可以在特定方向上表現出高度的力學性能穩定，所以這類材料對於在大壓力漲落等複雜環境中，提升精密儀器的應用穩定性具有重要的科學意義和研究價值。

國際上對零線性壓縮材料的探索主要集中在具有緻密結構的超硬材料領域，目前，僅在極少數超硬材料（如金剛石）中發現了這種反常的力學性質。與緻密結構材料相比，非緻密結構材料在數量和結構類型方面更為豐富，而且由於其相對開放的骨架結構，在應用方面更具有結構和性能的可調控性。

近期，中國科學院理化技術研究所研究員林哲帥、博士姜興興等通過理論推導得到了非緻密結構材料中零線性壓縮現象發生的條件，建立了理論模型，提出具有類似中國傳統木匠文化中「魯班凳」結構特點的材料能夠產生零線性壓縮性。他們通過大規模結構搜索，利用北京同步輻射光源，發現並證實了首個具有非緻密結構的零線性壓縮材料AEB2O4(AE=Ca 或 Sr)，在靜水壓下沿著a軸方向的線性壓縮率低於金剛石，且光學測量表明其透明區域達到深紫外光譜區（最短波長約170 nm）。結合AEB2O4的線性零壓縮性質與良好的光學性能，對其在高壓力漲落環境下應用的高精度光學感測器件進行了設計。相關研究結果近期發表在《先進材料》（Adv. Mater. 2018, 1801313）上，並被Advanced Science News作為highlight報道。

近年來，林哲帥課題組致力於具有優秀光電功能的硼酸鹽晶體的反常力學、反常熱學性能方面的研究。在深紫外非線性光學晶體KBBF中發現了面負壓縮性質（Adv. Mater. 2015, 27, 4851–4857; J. Appl. Phys. 2016, 119, 055901），在LiBeBO3和Zn4B6O13中分別發現了面負熱膨脹和近零膨脹性質（Chem. Comm. 2014, 50, 13499;Adv. Mater.2016, 28, 7936–7940;RSC Adv.2017, 7, 2038–2043）。這些新奇物理性能的發現，有望提高光電功能材料在複雜或極端環境中的使用能力，有效拓展其應用範圍和領域。

該項研究工作得到國家自然科學基金委（面上項目、青年基金項目和中俄合作項目）、科技部「863」項目、中科院青年創新促進會以及理化所所長基金的大力支持。

具有非緻密「魯班凳」結構的深紫外硼酸鹽材料在靜水壓下表現出強烈的抗壓性

來源：中國科學院理化技術研究所

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