某些材料的負(fù)熱膨脹（nte）是近年來研究的一個(gè)活躍課題，因?yàn)樨?fù)熱膨脹（nte）有可能用于許多器件應(yīng)用，而且還有許多有趣的物理有待探索。到目前為止，顯示各向同性nte的材料都是以zrw2o8、zrv2o7、reo3型氟化物scf3等氧化物為骨架的材料，其中氧化物骨架具有溫度范圍寬、成本低、易于合成等中等nte的顯著優(yōu)點(diǎn)。
【成果介紹】
zrv2o7是一種各向同性負(fù)熱膨脹（nte）材料。然而，只有在375k以上的高溫下才能觀察到zrv2o7的熱膨脹性能。本文報(bào)道了一種簡便的方法，通過mo部分取代v原子，打破zrv2o7的超結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)室溫下zrv2o7的nte性能。通過高分辨同步輻射x射線衍射、中子粉末衍射和高壓拉曼光譜分析，揭示了其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息和相變過程。用linseis-dil-l75膨脹計(jì)在5k/min的升溫和降溫速率下測量了圓柱形試樣的相對長度變化。結(jié)果表明，mo的加入使v-o2-v/mo的夾角從160°擴(kuò)展到180°，從而使室溫下的nte性能得到改善。與大多數(shù)以低能聲子為主的開放框架結(jié)構(gòu)不同，這里發(fā)現(xiàn)一些高能聲子模具有負(fù)的gruneisen參數(shù)，并且有助于負(fù)的熱膨脹。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：（a） 室溫下zrv2+xmoxo7+δ的xrd圖譜；
（b） 用膨脹法測定了體相zrv2+xmoxo7+δ的相對長度變化；
（c） xrd分析了不同溫度下zrv2+xmoxo7+δ（x=0.1、0.3、0.5）的相對晶格常數(shù)變化；
（d） 低溫、室溫和相變溫度下zrv2+xmoxo7+δ（0≤x≤0.5）的體積
圖2：在300k下，用正態(tài)結(jié)構(gòu)對（a）zrv1.7mo0.3o7+δ和（b）zrv1.5mo0.5o7+δ的中子粉末衍射圖和gasa的細(xì)化。
圖3：（a） zrv2-xmoxo7+δ的室溫拉曼光譜；
（b） 不同壓力下zrv1.7mo0.3o7+δ的拉曼光譜；
（c） 對于zrv1.7mo0.3o7+δ，拉曼模頻移是壓力的函數(shù)。
【結(jié)論】
綜上所述，通過固相反應(yīng)合成了純相zrv2-xmoxo7+δ（0≤x≤0.5）材料，并對其熱膨脹性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，mo原子取代v原子后，超結(jié)構(gòu)向母體立方結(jié)構(gòu)的相變溫度大幅度降低，并導(dǎo)致nte范圍變寬。對于zrv1.7mo0.3o7+δ和zrv1.5mo0.5o7+δ，nte的起始溫度分別降低到250k和225k。zrv1.5mo0.5o7+δ在225k以下保持接近零的熱膨脹，直到120k。結(jié)果表明，mo的加入促進(jìn)了v-o2-v/mo角的拉直，有利于破壞超結(jié)構(gòu)。在mo取代的zrv2o7中還發(fā)現(xiàn)了壓致相變和非晶化。與以前低頻聲子模主要貢獻(xiàn)于nte的框架結(jié)構(gòu)不同，我們發(fā)現(xiàn)一些高頻聲子模具有負(fù)的gruneisen參數(shù)，因此在結(jié)構(gòu)中也有貢獻(xiàn)于nte。我們的工作不僅提供了一種在室溫范圍內(nèi)制備各向同性熱膨脹材料的方法，而且加深了對材料熱膨脹機(jī)理的理解。