1月10日，倫敦瑪麗女王大學的一項突破性研究揭示了堇青石熱穩定性背后的秘密，該成果發表在“Matter”期刊，而研究團隊也計劃研究其他硅酸鹽礦物，并將他們的發現擴展到合成材料，這也將對需要熱穩定性的行業帶來重大變革。

論文地址：DOI：10.1016/j.matt.2024.101943

堇青石以優異的熱穩定性（溫度變化時尺寸變化極小）而在眾多應用領域占據C位。從承燒窯具到催化載體，從光刻機移動平臺再到太空光通信用反射鏡，不同性能、等級的堇青石產品被開發成為難以替代的高附加值產品。但是，堇青石的熱穩定性特性被業界解釋為其特有的晶體結構、鍵合特性以及由此產生的獨特物理現象共同作用的結果，長期以來沒有足夠清晰和完備、定量的認識。

研究團隊采用了先進的晶格動力學和分子動力學模擬，利用可轉移力場來模擬不同熱條件下堇青石的原子結構。模擬準確地再現了實驗數據，提供了對礦物在低溫和高溫下行為的深入了解。論文第一通訊作者，倫敦瑪麗女王大學凝聚態物質與材料系首席研究員DOVE教授表示，“我們的研究表明，堇青石的異常熱膨脹源于原子振動和彈性之間令人驚訝的相互作用，其作用就像三維鉸鏈，有效地抵消了許多熱效應——這種抵消機制解釋了為什么堇青石在兩個方向上表現出小幅正膨脹，而在第三個方向上表現出小幅負膨脹。”總結來說，這是一種力量的微妙平衡。

本次研究開發的方法將原子振動模擬與彈性模型相結合，可以直接應用于其他各向異性材料，為篩選特定應用的潛在候選材料提供了一種經濟高效的方法。DOVE表示，這種材料研究方法可以快速預測這些特性，顯著減少對昂貴且耗時的實驗程序的依賴。

編譯整理 YUXI