结构功能一体化对于设计具有增强功能的先进材料至关重要。Kagome晶格金属因其理想的电子和磁性特性而备受关注，但却很少被考虑用作结构材料。具有零热膨胀（ZTE）特性的金属材料为电子和光学系统等应用提供了独特的优势。然而，多数金属的ZTE通常发生于低温区间且温度窗口较窄，且这类化合物因强化学键等导致本征脆性，难以加工应用。近期，邢献然教授团队提出了一种Kagome金属复合材料的概念，通过两步合成法制备的Lu-Fe-Co三元合金，实现具有良好压缩强度(1.11 GPa)的超宽温区轴向零热膨胀材料(αl= +0.98 × 10-6 K-1，110–800 K)。相关工作发表在Adv. Mater. 上。

图1原文和摘要

在此，作者团队以两步合成的Lu-Fe-Co三元合金为例，首先在Lu2Fe17中引入Co元素合成得到超宽温区的零膨胀Lu2(Fe,Co)17化合物（αl = +0.2 × 10−6 K−1,110-890 K），接着化学配比引入α-Fe得到的Lu-Fe-Co双相合金，其中包括负膨胀的Lu2(Fe,Co)17相和正膨胀α-Fe/Co相，双相复合实现了超宽温区的轴向零膨胀（αl=+0.98×10-6 K-1,110-800 K），且表现出优异的压缩强度（1.11Gpa）。（图3）

图2 ZTE合金的设计策略

通过透射电子显微镜发现原位析出的α-Fe/Co相在基体中形成具有天然化学界面的软/硬异质结构，这是其力学性能提升的重要基础，进一步原位的中子压缩实验证明六方相和α相的两相协同变形和应力分配是力学性能提升的关键。通过透射电镜和穆斯堡尔谱测试表明，Co的掺杂稳定了Fe晶格的磁有序，将其温区大幅度拓宽，另外Co元素的在两相中的平均分配也使得基体相产生负膨胀，与正热膨胀的析出相补偿可以得到零膨胀行为。（图2）该工作为Kagome金属间化合物实现结构-功能一体化开辟了新前景。

图3 Lu-Fe-Co合金的热膨胀和力学性能

该成果题以“A Kagome Metallic Composite Realizes Mechanically Axial Zero Thermal Expansion up to 800 K”为题，近期发表在《先进材料》（Advanced Materials）。论文第一作者为北京科技大学固体化学研究所博士生周浩维，共同第一作者为北京科技大学申耀祖博士，通讯作者为固体化学研究所邢献然教授，曹宜力副教授和余成意博士。该工作得到国家自然科学基金资助。论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202502030。