吉林大學(xué)超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄒勃教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在負(fù)壓縮材料研究方面取得突破。研究人員發(fā)現(xiàn)金屬-有機(jī)框架材料InH(BDC)2是目前為止已知的負(fù)壓縮率最大的材料之一，且相比傳統(tǒng)的大負(fù)壓縮率材料具有更安全便宜的特點(diǎn)。該成果以“Large Negative Linear Compressibility in InH(BDC)2 from Framework Hinging”為題，于2017年10月25日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上。

       常規(guī)材料在持續(xù)增大的靜水壓的作用下，其晶體的各個(gè)方向均會被壓縮，而負(fù)壓縮材料則會在某個(gè)特定方向上隨壓力增大而伸長，即壓致膨脹現(xiàn)象。這種壓致膨脹的奇異特性使得負(fù)壓縮材料在高靈敏傳感器、海底光纜以及人造智能義肢等多個(gè)領(lǐng)域具有極為重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。相比正壓縮，目前已知的負(fù)壓縮材料數(shù)量極少且負(fù)壓縮率絕對值也相對較小（通常在?20 TPa-1以下），這在極大程度上限制了此類材料的實(shí)際應(yīng)用，尋找具有較大的負(fù)壓縮率的材料已成為物理、化學(xué)與材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

       該文中，研究者以對苯二甲酸氫銦（InH(BDC)2）為研究對象，利用高壓原位同步輻射X光衍射技術(shù)確定：該材料在0到0.53 GPa范圍內(nèi)沿晶體軸c軸伸長，該材料c軸負(fù)壓縮率高達(dá)?62.4 TPa-1，是目前已知的除鈷氰酸銀（負(fù)壓縮率為?76 TPa-1）之外負(fù)壓縮率最大的材料。因不含有劇毒的氰基基團(tuán)和高昂的貴金屬成份，對苯二甲酸氫銦相較于鈷氰酸銀更加安全廉價(jià)，且鈷氰酸銀在很低的壓力下（0.19 GPa）即發(fā)生相變，伴隨著16.25%的體積塌縮，因此對苯二甲酸氫銦比鈷氰酸銀具有更高的應(yīng)用價(jià)值。同步輻射X光衍射數(shù)據(jù)表明，對苯二甲酸氫銦的負(fù)壓縮性是因?yàn)槠涮厥獾慕饘?有機(jī)鏈組成的六元環(huán)β石英結(jié)構(gòu)所致。這種特殊的晶體幾何結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)重要的參數(shù)：有機(jī)鏈長r和鏈鏈之間的夾角θ。壓力增大時(shí)，r基本不變而θ逐漸減小，導(dǎo)致r的投影在c軸方向變長而在ab軸方向縮短，即晶體在壓力增大時(shí)沿ab軸縮短而沿c軸伸長。結(jié)合先前報(bào)道的類似結(jié)構(gòu)的大負(fù)壓縮材料金氰酸鋅，研究者認(rèn)為可以在β石英結(jié)構(gòu)的金屬-有機(jī)框架材料尋找到更多的具有較大負(fù)壓縮率的材料。

       鄒勃教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)長期致力于負(fù)壓縮材料的研究，此前還通過對硫氰酸鈷吡嗪的研究提出了負(fù)壓縮的一種新的機(jī)理——層滑移，以“Negative Linear Compressibility Due to Layer Sliding in a Layered Metal?Organic Framework”為題，發(fā)表在《物理化學(xué)快報(bào)》上。

       該項(xiàng)研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家杰出青年科學(xué)基金、教育部長江學(xué)者獎勵計(jì)劃和吉林省長白山學(xué)者獎勵計(jì)劃的支持。論文第一作者為超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在讀博士研究生曾慶鑫。