大多数材料在受热时会发生热膨胀，这种现象称为正热膨胀。尽管正热膨胀在许多领域被广泛应用，并为人类生活带来便利，但其伴随的尺寸变化对高精度系统构成了严峻挑战，包括电子、光学仪器和航空航天部件。相比之下，负热膨胀是一种异常行为，即材料在温度升高时体积收缩。为了解决正热膨胀对高精度器件的不利影响，因此开发了新的零热膨胀材料。

A^ⅠB^ⅡC^ⅢMo₃O₁₂（A = Li, Na, K, Rb；B = Mg, Mn；C = Sc, In, Lu）是一类新型的NTE材料。通过在A、B和C位点引入不同元素，其热膨胀行为可高度调控。然而，以往研究大多集中在单个位点的元素替换。为突破现有调控局限，本文将高熵设计引入到A^ⅠB^ⅡC^ⅢMo₃O₁₂体系中。具体而言，B位点和C位点分别被(Mg_1/3Mn_1/3Co_1/3)²⁺和(Sc_1/2In_1/2)³⁺取代。据此，成功设计并合成了KMg_1/3Mn_1/3Co_1/3Sc_1/2In_1/2Mo₃O₁₂（简称KHEMO，其中HE表示高熵组分Mg_1/3Mn_1/3Co_1/3Sc_1/2In_1/2）。该材料在300 K以下表现出体积负热膨胀行为（α_V = -9.97×10^-6 K^-1），并在300-700 K范围内实现零膨胀行为（α_V = 1.56×10^-6 K^-1）。氧原子高度各向异性的热振动导致了灯笼结构单元内多面体的刚性旋转，进一步表现为NTE现象。从晶体结构角度来看，该体系的异常热膨胀行为源于ab面内多面体弯曲振动引起的负热膨胀与c轴方向K⁺离子热振动引起的正热膨胀之间的相互补偿。温度依赖的拉曼光谱进一步证实了多面体耦合旋转在该系统异常热膨胀行为中的关键作用。

图1. (a) 晶格常数a、b和c；(b) 晶胞体积V在100-700 K的温度依赖性。

这项工作不仅设计并合成了一种新型的零膨胀高熵材料，还丰富了高熵策略的研究框架。这项研究得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金等多个项目的资助，同步辐射X射线衍射实验则依托日本SPring-8同步辐射装置完成。

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.73896