東京工業大學於日前發表新發現了一款負熱膨脹材料，此材料同時具有相轉移(Phase Transition)與框架(Framework)兩種收縮機制，可在室溫～500℃的溫度範圍內發揮機能性，將可望活用於光通訊、半導體等領域之熱膨脹抑制材料用途。
既有的負熱膨脹材料難以同時擁有寬廣的作業溫度範圍與較大的負熱膨脹性。東京工業大學則利用了Zr2WP2O12之合成法中的水熱合成法(Hydrothermal Method)，成功地達到了Zr2SP2O12的單相合成。對新材料的熱性質進行調查後可知，在室溫～約120℃、180℃以上的狀況時，新材料會藉由框架機制產生收縮；而約120℃～180℃的溫度範圍內則以相轉移機制收縮。
負熱膨脹材料的收縮機制大致可分為框架機制與相轉移機制，具有框架機制的材料在廣泛的溫度範圍呈現緩慢的負熱膨脹性，而擁有相轉移機制的材料則是在較狹窄的溫度區域內呈現較大的負熱膨脹性。東京大學指出，目前尚未發現同時具有兩項收縮機制的材料，故此次合成出的Zr2SP2O12將是世界首項兼具兩種機制的材料。
研究團隊進一步利用X光繞射調查晶格常數(Lattice Constant)的變化，調查新材料的熱膨脹率，確認在寬廣的溫度範圍內具有負熱膨脹性。且透過裏特沃爾德法(Rietveld Method)解析收縮機制，確認框架機制的收縮主因在於構成結晶之ZrO6八面體SO4、PO4四面體的結合角変化；相轉移機制形成的收縮則是ZrO6八面體大幅歪曲所致。此外，新材料亦是在相轉移前後，空間群無變化之Iso-symmetric相變化物質。
另一方面，透過改變Zr2SP2O12合成時的熱處理溫度，可讓結晶內的SO4任意產生缺損。SO4約缺損10%的Zr2S0.9P2O12-δ，則顯示出從室溫～500℃寬廣溫度範圍內巨大的負熱膨脹性。
今後透過元素置換等調整材料組成，將可望開發出具有更大負熱膨脹率的材料。此外，東京工業大學也將著手進行與聚合物材料的複合化，期推廣應用於5G、IoT裝置等用途開發上。