近日，我院负热膨胀材料物理团队在氧化物材料的热膨胀调控方面取得进展，相关成果以“Tunable thermal expansion from positive, zero to negative in RbMgInMo₃O₁₂with NASICON structure”为题目发表于国际知名物理类期刊《Applied Physics Letters》。其中，论文第一作者为我院2022级研究生胡同同，教师通讯作者为我院青年教师高其龙副教授、永强博士和北京科技大学徐萌博士。郑州大学物理学院为论文第一单位。

随着航空航天、微电子集成及能源存储等高新技术的快速发展，器件的高集成化对材料间热性能相容性提出了严苛要求。热膨胀系数作为关键热性能参数，其失配会导致器件界面产生内应力，甚至引发开裂失效。负热膨胀材料因其“热缩冷胀”的独特特性，为解决材料间热膨胀系数失配难题提供了创新性思路。然而，目前负热膨胀材料种类有限，如何基于丰富的正热膨胀材料设计新型负热膨胀材料仍是研究热点和难点。

针对以上问题，研究人员以具有NASICON结构的RbMgInMo₃O₁₂材料为研究对象，通过部分移除框架结构中的Rb⁺离子，实现热膨胀行为从正到零再到负的精准调控。Rb⁺含量的降低减少了沿c轴方向对正热膨胀有贡献的Rb-O键的数量，并增大了框架结构的平均原子体积。这种结构调控促进了多面体之间的耦合振动，显著降低了材料沿c轴方向的热膨胀系数，而ab平面的热膨胀系数基本保持不变，从而调控了材料的热膨胀性能。该研究不仅报道了具有零膨胀和负热膨胀特性的新型功能材料，更重要的是为设计具有开放框架结构的负热膨胀材料提供了一种有效策略。

该项工作得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金及中国博士后科学基金等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0265683