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理化所等發現將三維體壓縮率“壓縮”到一維的反常力學材料

發布時間:2020/11/13編輯:Ma Liang 人氣:1443

  【阿儀網 實驗室動態】近日,中國科學院理化技術研究所在反常力學材料研究中取得新進展,發現了能夠將三維體壓縮率“壓縮”到一維的反常力學材料,有望應用于大壓力漲落下高穩定的光電信號傳輸。

  在與電子、聲子及光子傳輸相關的物理過程中,流密度定義為傳輸功率與傳輸截面的比值。當外界環境壓力變化時,材料“壓致收縮”效應引起的傳輸截面變化最終導致流密度發生變化,影響傳輸過程的穩定性。探索環境壓力變化下,能夠保持流密度高穩定性的光電信息功能材料是極端環境材料科學領域的難題。

  作為物態方程的基本參量,體積V是決定材料物理化學性能的基礎參數,通過壓力調控材料的體積是調控材料物性的重要方法。其中,體壓縮率是關聯壓力和體積的唯一參量,調控和涉及材料體壓縮率是調控材料物性的重要途徑。反常力學材料是一類具有反直覺應力-應變響應特性的材料,在環境壓力變化時,呈現出新奇的體壓縮率特性,能夠實現壓力下常規材料達不到的調控材料物性能的效果,是壓力調控物性的重要新型功能材料。

  為探索高壓下能夠保持傳輸過程高穩定性的材料,研究人員通過數學推導,證明了沿著三個力學主軸分別呈現出負壓縮、零壓縮和正壓縮的反常力學材料能夠將三維體壓縮率“壓縮”到特定方向上,從而在靜水壓力下亦可保持傳輸截面不變。基于石墨結構與負壓縮性質的Lifshitz機制,提出了具有此類反常力學特性的“褶皺石墨”結構模型;在該模型指導下,發現了第一個同時具有負壓縮、零壓縮和正壓縮的材料——偏硼酸鋰(LiBO2)。利用有限元分析和第一性原理計算模擬等方法,闡明并證實了LiBO2這一新奇力學性質來源于由于LiO4四面體引入導致的“褶皺石墨”結構。得益于這一新奇力學性質,LiBO2的流密度穩定性比其他材料(包括金剛石、石墨、銅和石英等常規傳輸材料及迄今最大負線性壓縮率材料Ag3Co(CN)6)高兩個量級。偏硼酸鋰晶體具有出色的光學性質,其透光范圍包含整個紫外、可見及近紅外波段,可望應用于高壓漲落環境下超穩光學儀器中。

  相關研究成果以Anomalous Mechanical Materials Squeezing Three-Dimensional Volume Compressibility into One Dimension為題,發表在Nature Communications上。理化所副研究員姜興興為論文第一作者,研究員林哲帥為論文通訊作者,合作者包括俄羅斯Kirensky物理研究所博士M. S. Molokeev,華中科技大學博士董利源,中科院國家天文臺博士董志超,理化所博士王耐征和康雷,中科院高能物理研究所研究員李曉東和李延春,中科院深海科學與工程研究所研究員田川,中科院力學研究所研究員彭世镠和南開大學教授李偉等。
具有“褶皺石墨”結構的偏硼酸鋰將三維體壓縮率“壓縮”到一維方向上

微信號:ayiwangapp17

(來源: 中國科學院科技產業網 )

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