近日，我所梁二军教授负热膨胀团队在负热膨胀氟化物纳米新合成及物理机制方面取得新进展。发现了新负热膨胀材料CaSnF₆，发展了一种低温、易行及低成本的纳米氟化物负热膨胀材料制备方法。相关成果以《A new isotropic negative thermal expansion material of CaSnF₆with facile and low-cost synthesis》发表于ESI物理类TOP期刊《Nano Research》。本工作得到了团队负责人梁二军教授以及北京科技大学陈骏教授的大力支持，理论计算得到了孙强教授的指导。本文通讯作者高其龙副教授、乔永强博士和史新伟教授非常感谢国家自然科学基金和河南省自然科学基金的支持。

热胀冷缩及热膨胀系数失配产生的热应力或热冲击引起材料和器件的疲劳断裂、性能下降、临时性甚至永久性失效是长期困扰人们的问题。随着现代科学技术的发展，对材料和器件在极端条件下的性能提出了越来越高的要求，负热膨胀（Negative Thermal Expansion, NTE）材料在未来国家高新技术中的作用愈加凸显，在航天航空、高精密仪器、探测器、功率与能源器件等领域具有重要的应用前景。负热膨胀材料的发现为调控材料膨胀系数提供了新的可能性，如通过正、负热膨胀系数材料复合可以实现热膨胀系数的调控，甚至实现零膨胀。这也使得负热膨胀的研究逐渐成为固体化学、凝聚态物理以及材料工程科学等交叉学科领域研究的重要内容。在负热膨胀材料中有一类双ReO3型氟化物因其高温、真空、原料贵等苛刻的合成条件，严重限制了其应用，如何开发低成本、简易可控的新型制备工艺是亟需解决的难题，另外，负热膨胀机制这一关键科学问题的研究对推动这一领域的长足发展也起着至关重要的作用。

基于本课题组提出的探索负热膨胀化合物的新概念“平均原子晶格体积”（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6935–6939；Sci China Mater 2022, 65(2): 553–557），立足于立方双钙钛矿氟化物，发现了新负热膨胀材料CaSnF6，发展了一种低温、易行及低成本的纳米氟化物负热膨胀材料制备方法。CaSnF6在高于200K为立方相，其体积负热膨胀系数为-15.78´10^-6K^-1。通过提取到的原子位移参数表明F原子的横向振动远大于纵向振动。低频模式F_2g代表F原子的横向振动，在温度场中呈现出异常的频移变化。通过对其进行第一性原理计算发现，低频部分F原子的振动占主要贡献，对应的格林艾森参数表明，大部分负的格林艾森参数位于低频区，这进一步证明低频模式中F原子的横向热振动是CaSnF₆的负热膨胀驱动力。

图1（a）CaSn(OH)₆的形貌信息，（b）小纳米晶堆积的CaSnF₆立方块，（c-d）CaSnF₆纳米晶信息。

图2 CaSnF₆的声子色散曲线与对应的格林艾森参数图。

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