無水シュウ酸とシュウ酸二水和物の機械的特性

シュウ酸二水和物および無水シュウ酸（αおよびβ多型型）の機械的特性は、平面波と擬似体験を使用した密度官能理論に基づく厳密な理論的固体法を使用して得られました。これらの材料の計算された結晶構造とX線粉末回折パターンは、実験情報と非常に一致していることがわかりました。計算された弾性マトリックスが生まれた安定性条件に満ちたものであるため、対応する結晶構造は機械的に安定していることがわかりました。バルクモジュリの値とその圧力誘導体、せん断および若いモジュリ、ポアソン比、延性と硬度指数、およびこれらの材料の機械的異方性値を含む多数の関連する機械的特性が報告されました。シュウ酸の3つの形態は、低硬度とバルク弾性率を持つ非常に異方性延性材料です。3つの材料は、小さな負のポアソン比（NPR）を示し、最小ポアソン比の方向に沿って適用された圧力に負の線形圧縮率（NLC）の現象を示すことが示されています。さらに、比較的小さな印加圧のために、圧力誘導相転移を受けます。圧力の関数としてのこれらの材料の結晶構造の分析は、これらの材料のNLCのメカニズムが、この現象を合理化するために一般的に使用されるワインラック構造メカニズムとは無関係であることを示しています。この研究で考慮される3つの形態のシュウ酸は、その構造が直接結合されていないが、弱いファンデルワールス力によって結合されている構造要素によって特徴付けられる分子結晶です。これらの要素間の弱い結合は、圧力の適用に由来する構造的変動に対応することができますが、結果として生じる構造変形は直感に反しているようで、これらの材料の異常な機械的挙動につながります。

The mechanical properties of oxalic acid dihydrate and anhydrous oxalic acid (α and β polymorphic forms) were obtained by using rigorous theoretical solid-state methods based on density functional theory using plane waves and pseudopotentials. The calculated crystal structures and X-ray powder diffraction patterns of these materials were found to be in excellent agreement with the experimental information. Since the calculated elasticity matrices fullfilled the Born stability conditions, the corresponding crystal structures were found to be mechanically stable. A large number of relevant mechanical properties including the values of the bulk moduli and their pressure derivatives, shear and Young moduli, Poisson ratios, ductility and hardness indices, and mechanical anisotropy values of these materials were reported. The three forms of oxalic acid are highly anisotropic ductile materials having low hardness and bulk moduli. The three materials are shown to display small negative Poisson ratios (NPR) and to exhibit the phenomenon of negative linear compressibility (NLC) for applied pressures along the direction of the minimum Poisson ratio. In addition, they undergo pressure induced phase transitions for relatively small applied pressures. The analysis of the crystal structures of these materials as a function of pressure demonstrates that the mechanism of NLC of these materials is unrelated to the wine-rack structural mechanism commonly used to rationalize this phenomenon. The three forms of oxalic acid considered in this work are molecular crystals whose structures are characterized by structural elements which are not directly bonded but held together by weak van der Waals forces. The weak bonding between these elements is able to accommodate the structural variations originating from the application of pressure, but the resulting structural deformations appear to be counterintuitive and lead to the anomalous mechanical behavior of these materials.