压力下“浴火重生”的新材料

 

  我们的直觉告诉我们,一个样品材料,从各个方向进行压缩,它的尺寸应该减小。只有少数材料受静水压力时才表现出相反的行为,在一个或两个方向上略有扩大。波兰科学院物理化学研究所(IPCPAS)发现一种具有非常高的负压缩性和未知机制的新材料。

 

  当你挤压东西的时候,你通常会期望它收缩,特别是压力从它的四面八方均匀地进行施加的时候。然而,在一个或两个方向上,当受到静水压力时,材料是细长的。在位于华沙的波兰科学院物理化学研究所进行储氢化合物的研究的一次偶然事件中,过程虽然很有趣,但是这种现象却被发现了:在压力上升的同时,测试材料突然很明显地被拉长。

 

  波兰科学院物理化学研究所的Taras Palasyuk博士说:“通常在高静水压下的负压缩性材料中观察到的尺寸的增加比较小。在这里,我们讨论的是单个个百分点甚至更少顺序的价值,我们已经发现了一种材料具有非常高的负的可压缩性,在一个方向能高达10%,有趣的是,当压力达到大约3万大气压,伸长会突然发生。”

 

  Dr. Palasyuk正在对静水压力达到几百万大气压的材料进行研究(压力作用来自材料的各个方面),如此大的压力在实验室中通常使用金刚石压砧,样品处于密封状态,确保所施加的压力均匀地作用在材料的各个方面,为了使压力增加,压砧是通过螺旋杆压缩,放置在样品旁边的一颗红宝石晶体作为压力计,它荧光模式的改变取决于施加在它上面的压力的大小。

 

  对样品材料不断地增加压力,材料的体积会减小,体积减小通常指材料各个维度方向的减小,然而也有不典型结晶材料,在压缩过程中它们的体积减小(根据热力学原理是这样),同时在一个或两个方向晶体伸长。这种延伸机制一直是属于几何性质的范畴。处在压力下的单个晶体结构元素会简单地有关联性地在不同的方向以不同的程度移动。

 

  Ewelina Magos-Palasyuk博士说:“在实验室中,我们利用激光分析晶体中分子的振动行为随压力增加是如何变化的,在这个基础上,我们得出了有关材料结构的结论。我们很快发现,在探测晶体钠代氨硼烷时,伸长率不能单独地以几何的变化作出解释。”

 

  钠代氨硼烷是一个比较容易得到的化合物,它的化学式为N(NH2BH3),是正交结构下形成的透明晶体。用拉曼光谱在IPC PAS下获得的化合物晶体研究结果与理论模型预测的不相符。结果显示,由于钠代氨硼烷晶体中临近原子间新氢键的突然变形,因此其晶体的负压缩是由一系列氮氢、氮氮和氮硼键的延伸造成的。

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