近日，北海道大学、北陆先端科学技术大学院大学（JAIST）与京都大学联合发布研究成果：他们首次实验证实，一种由两个氮原子和一个碳原子组成的二价阴离子“亚胺碳离子（Carbodiimide Ion，NCN^2-）”构成的“超级陶瓷”材料，在仅使用研钵和研杵手动研磨的情况下即可发生晶体结构的相变。这一突破有望为陶瓷材料的应用带来全新可能。

只需用研钵和研杵研磨即可改变晶体结构，粉碎后颜色会发生变化，成为红色荧光粉

研究团队开发了一种新型的亚胺碳化合物Ba_0.9Sr_0.1NCN，其在常温常压下呈“马尔卡石型结构”（类似矿物马尔卡石FeS₂的晶体结构），通过高压实验和手动研磨，均可诱导其转变为“氯化铯型结构”。这一结构相变伴随着材料颜色的变化，并在掺杂Eu²⁺离子后表现出从无光到红色荧光体的转变，为刺激响应型发光材料的开发打开新局。

传统陶瓷材料如金属氧化物通常具有高硬度和高稳定性，一般只有在高温高压等极端条件下才会发生结构变化。但此次研究所提出的“超级陶瓷”材料则截然不同。该材料中引入了由多个原子组成的分子型阴离子（与常见的单原子阴离子如氧化物或氯化物不同），使得其晶体结构更容易在较低外力下发生转变。

研究团队在初步通过高压装置（金刚石砧压机）验证相变后，进一步使用研钵和研杵进行简单粉碎，也成功引发相同的结构转变。实验表明，该材料在仅约0.3GPa压力下即可完成结构相变，而这一压力远低于其他类似化合物所需的临界值，显示出其对机械应力的高度敏感性。

通过引入先进的计算模拟方法（VCNEB法），研究人员可视化了材料在相变过程中的原子位移轨迹，发现Ba离子层沿晶体c轴方向发生滑移，而亚胺碳离子则发生旋转并互相垂直排列。这种原子间错动源于研磨过程中所施加的横向应力，从而触发了低压结构相变。

相变过程中原子位移的可视化

研究人员指出，这一成果不仅颠覆了“陶瓷结构必须靠极端条件才能转变”的传统认知，也为陶瓷材料在压力传感器、应力响应型光电器件等领域的应用提供了全新方向。未来有望开发出可通过简单机械加工控制性能的智能陶瓷材料，拓展陶瓷在精密制造、电子信息等高端领域的功能性边界。

目前相关研究成果已发表在《美国化学会志（Journal of the American Chemical Society）》上。

粉体圈NANA编译