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理化所发现将三维体压缩率“压缩”到一维的反常力学材料

  

  近日,TT游戏登入:理化所在反常力学材料研究方面取得了新进展,发现了能够将三维体压缩率“压缩”到一维的反常力学材料,有望应用于大压力涨落下高稳定的光电信号传输。

  在与电子、声子及光子传输相关的物理过程中,流密度定义为传输功率与传输截面的比值。当外界环境压力变化时,材料的“压致收缩”效应所引起的传输截面的变化会最终导致流密度发生变化,严重影响传输过程的稳定性。探索环境压力变化下,能够保持流密度高稳定性的光电信息功能材料是极端环境材料科学领域的一个科学难题。

  作为物态方程的基本参量,体积V是决定材料物理化学性能的基础参数,通过压力调控材料的体积是调控材料物性的重要方法。其中,体压缩率是关联压力和体积的唯一参量,对材料体压缩率进行调控和设计是调控材料物性的重要途径。反常力学材料是一类具有反直觉的应力-应变响应特性的材料,它们在环境压力变化时,往往会呈现出新奇的体压缩率特性,能够实现压力下常规材料所达不到的调控材料物性能的效果,是压力调控物性的重要新型功能材料。

  为了探索高压下能够保持传输过程高稳定性的材料,该研究工作通过数学推导,证明了沿着三个力学主轴分别呈现出负压缩、零压缩和正压缩的反常力学材料能够将三维的体压缩率“压缩”到特定的方向上,从而在静水压力下亦可保持传输截面不变。基于石墨结构与负压缩性质的Lifshitz机制,提出了具有此类反常力学特性的“褶皱石墨”结构模型,并在该模型的指导下发现了第一个同时具有负压缩、零压缩和正压缩的材料——偏硼酸锂(LiBO2)。进一步,利用有限元分析和第一性原理计算模拟等方法阐明并证实了LiBO2这一新奇力学性质来源于由LiO4四面体的引入所导致的“褶皱石墨”结构。得益于这一新奇力学性质,LiBO2的流密度稳定性比其他材料(包括金刚石、石墨、铜和石英等常规传输材料以及迄今最大负线性压缩率材料Ag3Co(CN)6)高两个量级。偏硼酸锂晶体具有出色的光学性质,其透光范围包含了整个紫外、可见以及近红外波段,可望应用于高压涨落环境下超稳光学仪器中。

   

  具有褶皱石墨结构的偏硼酸锂将三维体压缩率压缩到一维方向上

  相关文章以“Anomalous Mechanical Materials Squeezing Three-Dimensional Volume Compressibility into One Dimension”为题发表在近期Nature Communications杂志上,第一作者是理化所姜兴兴副研究员,通讯作者是林哲帅研究员,合作者包括俄罗斯Kirensky物理研究所M. S. Molokeev博士,华中科技大学董利源博士,国家天文台董志超博士,理化所王耐征博士、康雷博士,高能所李晓东研究员、李延春研究员,深海所田川研究员,力学所彭世镠研究员和南开大学李伟教授等。

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