《硼酸鹽材料中負壓縮性的探索和研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由林哲帥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：硼酸鹽材料中負壓縮性的探索和研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林哲帥
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
負壓縮性效應是現代材料力學科學中發現的一種重要新奇物理現象，在醫學、電子工業、國防等重要領域具有巨大的套用前景，備受國際科技界矚目。闡明負壓縮性效應的微觀機理，搜尋新型優質的負壓縮性材料目前已經成為物理及材料學科中的重大前沿科學問題。一直以來，硼酸鹽晶體被作為具有優異光學性能的光學材料被廣泛研究和套用，但對其負壓縮性效應的力學性質研究還處於空白。硼酸鹽體系豐富的微觀結構包含了負壓縮性材料的典型微觀結構特徵，具備負壓縮性效應潛質。在本研究項目中，我們將使用高性能計算機輔助分子工程學專家系統，從Sr2B2Be2O7族和LiB3O5族晶體出發，進行硼酸鹽負壓縮性效應的探索和研究，深入地認識和探討其產生的機制以及與微觀結構之間的內在聯繫，並進一步在硼酸鹽晶體中搜尋其它具有不同於典型特徵的負壓縮性結構。在此基礎上，發現幾種負壓縮率數值較大、結構穩定、具有實用前景的硼酸鹽負壓縮性功能材料。
結題摘要
負壓縮材料的反常力學行為不僅突破了人們對材料壓力回響特性的認識，而且在很多重要的科學工程領域具有不可替代的作用，是近十幾年材料科學領域的前沿方向之一。迄今為止，所發現的負壓縮材料僅有十幾種，對其探索是一項極具挑戰性的工作。這一難點在於，目前能夠有效地指導該性質探索的理論模型還很有限，對負壓縮材料的探索主要採用的是“大海撈針”的探索方式，需要消耗大量的人力物力。因此亟需進一步豐富負壓縮機制模型。硼酸鹽是一個結構豐富的材料體系，該材料體系豐富的結構多樣性能夠為負壓縮材料探索提供巨大的篩選空間。在該材料體系中極有可能獲得負壓縮材料，而且其微觀機制可能也會呈現出巨大的多樣性。因此在該材料體系內進行負壓縮材料的探索，不僅能夠豐富這一材料體系，而且能夠豐富這一罕見力學性質的機制模型。 研究人員通過四年的努力，在本自然科學基金的支持下，獲得了以下主要成果和關鍵數據： （1）在KBBF晶體中發現了罕見的二維負壓縮及負熱膨脹性質，揭示了其反常力學及熱膨脹性質的微觀機制，同時基於其負壓縮性質及深紫外波段良好的光學性質，提出了其在高靈敏度應變轉換材料與聲光器件中的潛在套用。 （2）在BiB3O6晶體中發現了巨大的線性負壓縮性質，研究表明BiB3O6晶體中巨大線性負壓縮性質源自於三價Bi3+離子上的孤對電子對填充在晶格內所導致的開放骨架結構。該工作為具有大負壓縮性質材料的探索提供了思路。 （3）提出了通過在硼氧骨架中引入電負性強的陽離子來限制硼氧基團之間的扭轉降低熱膨脹的研究思路，發現了近零膨脹硼酸鹽材料Zn4B6O13（ZBO）， 同時發現ZBO具有良好的生長習性，同時具有良好的光學、力學與熱學綜合性能，表明ZBO是一個套用於複雜環境下精密儀器中的光學材料。 （4）推算了非緻密材料中零線性壓縮性質發生的條件，提出了非緻密結構材料中線性零壓縮的“魯班凳”模型。在此基礎上探索得到了首個非緻密結構的線性零壓縮材料CaB2O4與SrB2O4。 同時發現其紫外截邊高達170nm，表明這兩個材料是潛在的套用於高壓力漲落環境下的光學材料。 （5）研究了紫外非線性光學材料BaAlBO3F2（BABF）室溫以下的熱膨脹係數，發現了其低溫熱膨脹係數各向異性低於高溫下的值，得出了BABF晶體熱膨脹係數的各向異性源自於聲子激發的各向異性，為降低光學材料熱膨脹係數的各項異性提供了思路。
