硼酸盐零膨胀材料研究取得进展可用于低温高精度光学仪器
作者:leyu乐鱼体育官网 发布时间:2022-01-13 00:14
本文摘要:热胀冷缩是自然界物体的一种基本热学性质。然而也有少数材料并不遵循这一基本物理规则,不存在着异常的热膨胀性质,即其体积随着温度的增高异常增大(或恒定)。其中,有一类材料的体积在一定温区内维持恒定,称作零收缩材料,在很多最重要的科学工程领域具备最重要的应用于价值。 目前有数的绝大多数零收缩材料是通过将具备胜热膨胀性质的材料重新加入到其它有所不同材料中,通过化学修饰的手段掌控其膨胀率,构成零收缩状态。

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热胀冷缩是自然界物体的一种基本热学性质。然而也有少数材料并不遵循这一基本物理规则,不存在着异常的热膨胀性质,即其体积随着温度的增高异常增大(或恒定)。其中,有一类材料的体积在一定温区内维持恒定,称作零收缩材料,在很多最重要的科学工程领域具备最重要的应用于价值。

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目前有数的绝大多数零收缩材料是通过将具备胜热膨胀性质的材料重新加入到其它有所不同材料中,通过化学修饰的手段掌控其膨胀率,构成零收缩状态。而纯质无掺入的零收缩晶体材料因为需要更佳地维持材料固有的功能属性,在各个领域极具应用于价值。但由于在极致晶格中构建胜热膨胀与于是以收缩之间的精致均衡十分困难,纯质无掺杂晶体材料中的零收缩现象十分少见。迄今为止仅有在七种晶体中找到了本征的零收缩性质。

同时,在目前有数的零收缩晶体材料中所含过渡性金属或轻原子,其透明范围意味着累计于可见波段,因此探寻具备较好透光性能的纯质无掺入零收缩晶体材料是冷功能材料领域及光学功能材料领域里极具科学价值的研究热点。  中科院化学系所人工晶体研究发展中心林哲帅研究员课题组与北京科技大学邢献然教授课题组合作,首次在单相硼酸盐材料体系中找到了新型零收缩材料。涉及研究成果公开发表在国际材料科学期刊《先进设备材料》上:Near-zeroThermalExpansionandHighUltravioletTransparencyinaBorateCrystalofZn4B6O13,Adv.Mater.,DOI:10.1002/adma.201601816。

他们创新性地明确提出利用电负性较强的金属阳离子容许刚性硼氧基团之间的挽回来构建零收缩性质,并在立方互为硼酸盐Zn4B6O13(ZBO)中构建了各向同性的本征将近零收缩性质。  ZBO晶体具备硼酸盐晶体中少见的方钠石笼结构:[BO4]基团共顶相连构成方钠石笼,[Zn4O13]基团被束缚在方钠石笼中,[BO4]基团之间的连接处被较强的Zn-O键相同寄居。通过变温X射线散射实验,证明了ZBO晶体在13K-270K之间的平均值热膨胀系数为1.。


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