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近日，北京理工大學(xué)空天學(xué)院、臨近空間環(huán)境特性及效應(yīng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室洪家旺教授團(tuán)隊(duì)在離子導(dǎo)體的原子間非線(xiàn)性力研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以"Incipient Ionic Conductors: Ion-Constrained Lattices Achieving Superionic-Like Thermal Conductivity Through Extreme Anharmonicity"為題發(fā)表于國(guó)際期刊Advanced Materials。該團(tuán)隊(duì)針對(duì)超離子導(dǎo)體作為熱電材料時(shí)由于高離子遷移率易引發(fā)金屬沉積的問(wèn)題，引入"初生離子導(dǎo)體"的概念（具有離子傳導(dǎo)初始特征但未達(dá)到完全離子導(dǎo)體水平），發(fā)現(xiàn)金屬鹵化物(AX)x–(MX)1?x體系（A=Cu/Ag，M=K/Rb/Cs，X=Cl/Br/I）相比于超離子導(dǎo)體，穩(wěn)定性更高并且保持低熱導(dǎo)率（κ）。以CsCu2I3為典型，借助同步輻射實(shí)驗(yàn)和第一性原理計(jì)算，證實(shí)了Cu離子在CuI4四面體間呈現(xiàn)受限遷移。依靠大科學(xué)裝置進(jìn)行的非彈性X射線(xiàn)測(cè)試，結(jié)合理論計(jì)算表明該材料原子間存在強(qiáng)非線(xiàn)性力的作用（強(qiáng)非諧效應(yīng)），這使得材料在一個(gè)方向出現(xiàn)極低的玻璃狀熱導(dǎo)率。研究發(fā)現(xiàn)，離子遷移率與熱導(dǎo)率沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，初生離子導(dǎo)體的熱導(dǎo)率與超離子導(dǎo)體相當(dāng)，但穩(wěn)定性更優(yōu)。該研究為開(kāi)發(fā)基于初生離子導(dǎo)體的超低熱導(dǎo)-高穩(wěn)定熱電材料提供了依據(jù)。

圖1 CsCu2I3中的Cu離子受限遷移與玻璃狀熱導(dǎo)率

空天學(xué)院博士生李永恒為該論文的第一作者，博士畢業(yè)生魏賓（現(xiàn)為河南理工大學(xué)副教授）、北京航空航天大學(xué)潘曹峰教授、空天學(xué)院洪家旺教授為該論文的通訊作者，北京理工大學(xué)為論文第一單位。該工作還得到了中科院高能物理研究所、日本SPring-8光源等單位，以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

空天學(xué)院智能材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室圍繞智能材料和結(jié)構(gòu)中的力、電、磁、熱、光等多物理場(chǎng)耦合行為，利用國(guó)家大科學(xué)裝置（中子源和同步輻射光源）等技術(shù)，在智能材料設(shè)計(jì)與表征等方向開(kāi)展前沿交叉與基礎(chǔ)應(yīng)用研究。近年來(lái)，團(tuán)隊(duì)依托國(guó)內(nèi)外非彈譜儀等國(guó)家大科學(xué)裝置，發(fā)展了非彈性散射虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在先進(jìn)材料多場(chǎng)耦合領(lǐng)域取得進(jìn)展，在Nature、Science、JMPS，PRL, AM等期刊發(fā)表系列成果。