熱膨脹是機(jī)械、電子和光學(xué)等領(lǐng)域所面臨的最普遍的問(wèn)題之一，材料的熱膨脹系數(shù)不匹配、抗熱沖擊性能差可造成材料與器件的使用壽命縮短甚至失效。負(fù)熱膨脹（Negative Thermal Expansion,NTE）材料在一定的溫度區(qū)間內(nèi)其宏觀體積隨溫度的變化而發(fā)生“熱縮冷脹”。將NTE材料與常規(guī)正膨脹材料按一定的方式與配比制成復(fù)合材料，可以精確控制材料的熱膨脹系數(shù)。然而，目前已發(fā)現(xiàn)的負(fù)熱膨脹材料數(shù)量仍然有限，研究和開發(fā)具有寬溫區(qū)和強(qiáng)NTE效應(yīng)的負(fù)熱膨脹新材料成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心磁學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室M08組龍有文研究員、潘昭副研究員等人與所內(nèi)外團(tuán)隊(duì)密切合作，采用高壓高溫實(shí)驗(yàn)條件，通過(guò)在鈦酸鉛鉍基鈣鈦礦材料中引入稀土元素這一新策略，成功改善了鈦酸鉛（-1.99×10-5/K，300-763 K）的NTE性能：在PbTiO 3 -BiLuO 3 材料體系中，極大地拓寬了鈦酸鉛的負(fù)熱膨脹溫度區(qū)間，相關(guān)成果發(fā)表在

Rare Metals

J. Adv. Ceram.

圖：PbTiO3-xFx (x = 0,0.1,0.2,0.3)的晶體結(jié)構(gòu)和熱膨脹性質(zhì)。(a)PbTiO3-xFx (x = 0,0.1,0.2,0.3)的XRD衍射圖譜，插圖為軸比(c/a)隨F含量的變化趨勢(shì)，(b)PbTiO3-xFx (x = 0,0.1,0.2,0.3)的單胞體積隨溫度的變化,和(c)PbTiO3基鐵電材料中熱膨脹系數(shù)和軸比（c/a）之間的關(guān)系。

目前關(guān)于鈦酸鉛負(fù)熱膨脹性的調(diào)控，只集中在A、B位陽(yáng)離子的改性，而O位陰離子替代對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)和負(fù)熱膨脹性的影響卻鮮有報(bào)道。近期，團(tuán)隊(duì)利用本組高壓高溫實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)勢(shì)，成功制備了鈦酸鉛基混合陰離子鈣鈦礦新材料PbTiO3-xFx。研究表明，少量F元素的引入即可顯著降低鈦酸鉛的晶格畸變（

c/a

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Mater. Horiz.

以上工作受到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)研究計(jì)劃的資助。物理所禹日成研究員、魯年鵬研究員、沈希副研究員、北京科技大學(xué)的邢獻(xiàn)然教授、陳駿教授、西班牙巴斯克大學(xué)的放躍文研究員、日本東京工業(yè)大學(xué)的Masaki Azuma教授、廣島大學(xué)的Yoshihiro Kuroiwa教授以及日本同步輻射光源SPring-8的Shogo Kawaguchi博士等參與本工作。

編輯：zzz