吉林大學超硬材料國家重點實驗室鄒勃教授領導的科研團隊在負壓縮材料研究方面取得突破。研究人員發(fā)現(xiàn)金屬-有機框架材料InH(BDC)2是目前為止已知的負壓縮率最大的材料之一，且相比傳統(tǒng)的大負壓縮率材料具有更安全便宜的特點。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，其晶體的各個方向均會被壓縮，而負壓縮材料則會在某個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領域具有極為重要的潛在應用價值。相比正壓縮，目前已知的負壓縮材料數(shù)量極少且負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際應用，尋找具有較大的負壓縮率的材料已成為物理、化學與材料領域研究的熱點。

       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光衍射技術確定：該材料在0到0.53 GPa范圍內沿晶體軸c軸伸長，該材料c軸負壓縮率高達?62.4 TPa-1，是目前已知的除鈷氰酸銀（負壓縮率為?76 TPa-1）之外負壓縮率最大的材料。因不含有劇毒的氰基基團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，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用價值。同步輻射X光衍射數(shù)據(jù)表明，對苯二甲酸氫銦的負壓縮性是因為其特殊的金屬-有機鏈組成的六元環(huán)β石英結構所致。這種特殊的晶體幾何結構包含兩個重要的參數(shù)：有機鏈長r和鏈鏈之間的夾角θ。壓力增大時，r基本不變而θ逐漸減小，導致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沿ab軸縮短而沿c軸伸長。結合先前報道的類似結構的大負壓縮材料金氰酸鋅，研究者認為可以在β石英結構的金屬-有機框架材料尋找到更多的具有較大負壓縮率的材料。

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

       該項研究得到國家自然科學基金面上項目、國家杰出青年科學基金、教育部長江學者獎勵計劃和吉林省長白山學者獎勵計劃的支持。論文第一作者為超硬材料國家重點實驗室在讀博士研究生曾慶鑫。