传统材料在受热时，由于原子振动加剧导致晶格膨胀，表现出经典的热胀冷缩特性。然而，负热膨胀（NTE）材料却呈现反常的“热缩冷胀“现象。这一特性对现代精密器件具有重要意义—在微芯片、光学模块、电极、涂层等应用中，不同材料的热膨胀系数失配常引发结构应力，最终导致器件性能衰退甚至失效。通过NTE材料与常规材料的复合设计，可有效抵消热致形变，从而显著提升器件的环境稳定性与服役寿命。因此，NTE材料的发现及其微观机制研究，不仅拓展了凝聚态物理的认知边界，更为高可靠性功能器件的开发提供了创新解决方案。

当前负热膨胀NTE材料普遍面临三大技术瓶颈：热收缩率有限（多数材料ΔV/V小于−3%）、制备成本高及热循环稳定性不足。该团队基于前期在磷酸盐领域的突破性工作（Cryst. Growth. Des. 2021, 21, 2445–2452; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218666），首次在KZn(PO3)3材料中发现一种罕见的拓扑相变，该拓扑相变诱导出巨负热膨胀效应，其体积收缩率达到创记录的ΔV/V = −11.49%，远超现有所有NTE材料的性能极限。

研究团队通过综合运用单晶、粉末X射线衍射、热分析、微结构分析等先进表征手段，首次揭示了KZn(PO3)3材料中温度诱导的独特拓扑相变机制。研究发现，该材料在升温过程中发生独特的结构重构：低温相中原先无限延伸的(PO4)∞链结构，在热能驱动下，解离并重组为孤立的P3O9环状结构。这一结构演变通过双重协同效应，驱动了显著的体积收缩：（1）钾离子（K+）间距的显著缩短，（2）共价键网络重组引发的晶格密堆积优化。值得注意的是，该相变过程表现可逆性，且高温相在897 K熔点下保持稳定，展现出优异的工程应用潜力。

基于多尺度理论模拟（包括变胞弹性带计算、分子动力学模拟和声子谱分析），研究团队进一步阐明了负热膨胀的微观机制：首先，O1原子的强各向异性振动导致(PO4)∞链结构失稳，触发共价键断裂-重组过程；其次，K⁺离子的定向迁移优化了亚晶格排布，产生协同压缩效应。理论预测的相变温度（650 K）与实验值（863 K）基本吻合，其差异主要来源于计算模型的体积约束近似。该研究不仅拓展了磷酸盐功能材料的设计维度，更重要的是建立了“高收缩率-高稳定性”协同优化的材料设计新策略，为发展新型负热膨胀材料提供了重要的理论指导。

本工作近期被Angewandte Chemie International Edition杂志,以“Giant Negative Thermal Expansion Induced by Topological Phase Transition in a Potassium Zinc Phosphate Material”为标题接收发表（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, DOI: 10.1002/anie.202507107），糖心出品 为该工作唯一完成单位，通讯作者为吴立明教授和陈玲教授。该研究得到国家自然科学基金、糖心出品 、糖心出品 等的大力资助，特此感谢。