近日，北海道大學、北陸先端科學技術大學院大學（JAIST）與京都大學聯合發布研究成果：他們首次實驗證實，一種由兩個氮原子和一個碳原子組成的二價陰離子“亞胺碳離子（Carbodiimide Ion，NCN^2-）”構成的“超級陶瓷”材料，在僅使用研缽和研杵手動研磨的情況下即可發生晶體結構的相變。這一突破有望為陶瓷材料的應用帶來全新可能。

只需用研缽和研杵研磨即可改變晶體結構，粉碎后顏色會發生變化，成為紅色熒光粉

研究團隊開發了一種新型的亞胺碳化合物Ba_0.9Sr_0.1NCN，其在常溫常壓下呈“馬爾卡石型結構”（類似礦物馬爾卡石FeS₂的晶體結構），通過高壓實驗和手動研磨，均可誘導其轉變為“氯化銫型結構”。這一結構相變伴隨著材料顏色的變化，并在摻雜Eu²⁺離子后表現出從無光到紅色熒光體的轉變，為刺激響應型發光材料的開發打開新局。

傳統陶瓷材料如金屬氧化物通常具有高硬度和高穩定性，一般只有在高溫高壓等極端條件下才會發生結構變化。但此次研究所提出的“超級陶瓷”材料則截然不同。該材料中引入了由多個原子組成的分子型陰離子（與常見的單原子陰離子如氧化物或氯化物不同），使得其晶體結構更容易在較低外力下發生轉變。

研究團隊在初步通過高壓裝置（金剛石砧壓機）驗證相變后，進一步使用研缽和研杵進行簡單粉碎，也成功引發相同的結構轉變。實驗表明，該材料在僅約0.3GPa壓力下即可完成結構相變，而這一壓力遠低于其他類似化合物所需的臨界值，顯示出其對機械應力的高度敏感性。

通過引入先進的計算模擬方法（VCNEB法），研究人員可視化了材料在相變過程中的原子位移軌跡，發現Ba離子層沿晶體c軸方向發生滑移，而亞胺碳離子則發生旋轉并互相垂直排列。這種原子間錯動源于研磨過程中所施加的橫向應力，從而觸發了低壓結構相變。

相變過程中原子位移的可視化

研究人員指出，這一成果不僅顛覆了“陶瓷結構必須靠極端條件才能轉變”的傳統認知，也為陶瓷材料在壓力傳感器、應力響應型光電器件等領域的應用提供了全新方向。未來有望開發出可通過簡單機械加工控制性能的智能陶瓷材料，拓展陶瓷在精密制造、電子信息等高端領域的功能性邊界。

目前相關研究成果已發表在《美國化學會志（Journal of the American Chemical Society）》上。

粉體圈NANA編譯