MZrF6 微纳米晶的精准合成及尺寸效应对其负热膨胀性能的影响

Negative thermal expansion (NTE) is a rare abnormal physical phenomenon, which is the result of complex interactions among material lattice, phonon and electron and beyond the conventional notions of lattice dynamics. Up to now, the knowledge about NTE is still limited, especially in regulation of nano-size effect on NTE, the internal physical mechanisms of which are still unclear. In this proposal, we choose the double ReO3 type metal fluoride MZrF6 with rich expansion characteristics as target compounds. The accurate synthesis of micro/nano-crystals with uniform morphology and controllable size can be realized by precise designed chemical solution method, which provides material support for revealing size effect of nano-crystal on negative thermal expansion performance of materials. Further, we will combine physical and chemical characterization of compounds and lattice dynamics calculation to explore the physical mechanism of size effect, which provides a basis for effective control of thermal expansion properties of materials without changing chemical composition. The research in this proposal will expand people's understanding of the thermal shrinkage mechanisms and size effects of materials, and provide new ideas for the synthesis and performance control of new negative thermal expansion materials.

负热膨胀是一种罕见的反常物理现象，是材料晶格、声子和电子之间相互作用的结果，超出了传统晶格动力学的预期。目前人们对负热膨胀这一反常现象的认识还比较有限，特别是纳米尺寸效应对负热膨胀性能的调控及内在物理机制尚不清楚。本项目拟以具有丰富的热膨胀特性的双ReO3型金属氟化物MZrF6为研究对象，通过精确设计化学溶液法，实现形貌均一、尺寸可控的微纳米晶精准合成，为揭示尺寸效应对材料负热膨胀性能的影响提供材料支撑；结合材料的物理、化学性能表征和晶格动力学计算，探索尺寸效应对负热膨胀性能影响的物理机制，为不改变化学组分的条件下有效调控材料的热膨胀性能提供实验和理论依据。本项目的研究将拓展人们对材料的热缩机制及尺寸效应的认识，为新型负热膨胀材料的合成及性能调控提供新的思路。

负热膨胀是一种罕见的反常物理现象，是材料晶格、声子和电子之间相互作用的结果，超出了传统晶格动力学的预期。目前人们对负热膨胀这一反常现象的认识还比较有限，特别是纳米尺寸效应对负热膨胀性能的调控及内在物理机制尚不清楚。传统负热膨胀材料的合成多以固相法为主，其缺点在于，尺寸太大，不易调控。本项目借助钪基氟化物（Ba3Sc2F12，Na3ScF6:Yb/Er/Y和NaYF4:Yb/Er/Sc）合成方法及合成条件，以具有丰富的热膨胀特性的双ReO3型金属氟化物MZrF6为研究对象，通过精确设计化学溶液法，实现形貌均一、尺寸可控的微纳米晶精准合成，为揭示尺寸效应对材料负热膨胀性能的影响提供材料支撑；结合材料的物理、化学性能表征和晶格动力学计算，探索尺寸效应对负热膨胀性能影响的物理机制，为不改变化学组分的条件下有效调控材料的热膨胀性能提供实验和理论依据。金属氟化物MZrF6的合成多以固相法为主，本项目的研究拓展人们对材料的热缩机制及尺寸效应的认识，为新型负热膨胀材料的合成及性能调控提供新的思路。