负热膨胀材料研究进展
负热膨胀材料的研究及应用
负热膨胀材料的研究及应用王献立;付林杰;许坤【摘要】综述了近年来发现的负热膨胀材料的种类及负热膨胀机理,着重介绍正负膨胀材料的复合,制备可控膨胀、低膨胀、近零膨胀材料及其应用前景.【期刊名称】《信息记录材料》【年(卷),期】2018(019)012【总页数】2页(P38-39)【关键词】负热膨胀;热缩机理;研究进展【作者】王献立;付林杰;许坤【作者单位】郑州航空工业管理学院物理实验中心河南郑州 450046;郑州航空工业管理学院物理实验中心河南郑州 450046;郑州航空工业管理学院物理实验中心河南郑州 450046【正文语种】中文【中图分类】TQ0161 引言绝大多数材料具有热胀冷缩的性质，但是材料的热胀冷缩会加速机器部件老化、使用性能下降、甚至接触面分离，脱落。
近几年材料类另一分支负热膨胀材料（Negative thermalexpansion materials，简称NTEM）[1-2]逐渐受到大家关注，它是指在一定的温度范围随温度的变化反常膨胀的一类化合物。
通过膨胀系数异性的材料的掺杂复合，制备出热膨胀系数可控或膨胀系数接近零的材料。
长久以来，探索和制备新的膨胀系数低、近零、甚至负膨胀化合物材料一直受到国内外研究团队的重视。
热膨胀系数具有可调节性，利用不同膨胀性能的材料，通过固相烧结法，可以制备出膨胀系数较低或接近零膨胀系数的材料，进而可以最大限度的减少材料在高温产生的内应力，增加材料的抗热冲击的强度。
2 负热膨胀材料的分类大多数负膨胀材料都是氧化物类的，根据含氧个数可分为：（1）氧 1系列：H2O，Cu2O[3]，Ag2O；（2）氧2系列：CuScO2，SiO2-TiO2玻璃；（3）氧3系列：钙钛矿结构[4]，如BiTiO3，PbTiO3，Pb（Mg1/3Nb2/3）O3和 Pb（Zn1/3Nb2/3）O3；（4）氧4系列：AlPO4，FePO4以及热液沸石[5-6]；（5）氧5系列：NbVO5，TaVO5；（6）氧6系列：SrCo2O6；（7）氧7系列：AM2O7（A=Zr，Hf，Si，Th，U等；M=P，V，As)在AM2O7系列负热膨胀中，A4+离子可以是Zr，Hf，Th，U，Sn，Ti等，M由V，P或V1-PX的组合构成；（8）氧 8系列：AM2O8（A=Zr，Hf；M=W，Mo）[7]；（9）氧12系列：NZP（NaZr2P3O12），NaTi2P3O12，A2(MO4)3(A=Y，Al，Sc等；M=W，Mo)[8]；（10）氧24系列：CTP(CaTiP6O24)，CaZr4P6O24；其他还有M(CN)2(M=Zn，Cd)系列，Mn3AX(A=Ga，Al，Cu，Zn，In，Sn等；X=C，N)，R2Fe17-xMxX(M=Cr，Mn，Si，Al等；X=B，C，N，H等)等。
人们对合金材料负热膨胀的研究过程
合金材料是由两种或更多种金属或非金属元素组成的材料，具有优异的性能和广泛的应用，如航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
热膨胀是合金材料在受热时产生的体积变形现象，为了避免合金材料在使用过程中出现变形、开裂等问题，人们对合金材料的热膨胀性能进行了深入的研究。
下面，将从以下几个方面对人们对合金材料负热膨胀的研究过程进行探讨。
一、合金材料负热膨胀的意义合金材料负热膨胀是指在一定温度范围内，合金材料的线膨胀系数随温度升高而减小的现象。
这种特殊的热膨胀性能使得合金材料可以在高温环境下稳定地工作，同时能够有效地抵御温度变化对材料的影响，因此对于一些高温工作环境下的机械零部件、发动机部件等具有重要的意义。
二、合金材料负热膨胀的研究现状随着工业技术的不断进步，人们对合金材料负热膨胀性能的研究也在不断深入。
目前，针对合金材料负热膨胀的研究主要集中在以下几个方面：1. 合金材料的设计与制备：人们通过合金成分的优化设计以及制备工艺的改进，已经成功地开发出了多种负热膨胀合金材料，其中包括铁基、镍基、钛基等系列。
这些新型材料不仅在性能上有了长足的提升，而且在生产工艺上也具有了更高的可实施性。
2. 热膨胀机理的研究：通过先进的实验技术和理论模拟手段，人们深入探讨了负热膨胀材料的热膨胀机理，揭示了其微观结构与热膨胀行为之间的内在通联，为合金材料设计和性能优化提供了重要的理论依据。
3. 应用领域的拓展：合金材料负热膨胀性能的突破不仅丰富了材料科学的研究内容，还为航空航天、汽车制造、电子设备等领域的高温应用提供了全新的解决方案，推动了相关行业的技术进步和产品升级。
三、合金材料负热膨胀的未来发展在面对日益复杂多变的工程应用需求时，合金材料负热膨胀的研究仍需不断深入和拓展，以满足人们对材料性能与可靠性日益增长的需求。
未来，有望在以下几个方面取得新的突破：1. 新型材料的发展：随着材料科学的不断发展，人们将继续开发新的合金材料，以满足不同领域对负热膨胀性能的需求，如高温合金材料、耐腐蚀合金材料等。
A2M3O12型负热膨胀材料的研究
负热膨胀系数材料的研究现状与展望1华祝元，刘佳琪，严学华（江苏大学材料科学与工程学院镇江212013）摘要：本文从负热膨胀材料的发展概况、负热膨胀产生机理、负热膨胀材料分类出发，着重介绍了化学通式为A2M3O12的负热膨胀材料。
通过几种A2M3O12型负热膨胀材料的性质、制备方法和晶体结构的归纳和总结，对这一系列的负热膨胀材料未来研究方向进行了展望。
关键字:热膨胀；A2M3O12；制备方法Negative Thermal Expansion Material A2M3O12Hua Zhu-yuan,LIU Jia-qi,YAN Xue-hua(School of Materials science and engineering,Jiangsu University,Zhengjiang 212013,China) Abstract：Negative thermal expansion materials A2M3O12was mainly introduced based on the development situation of the negative thermal expansion materials ,the mechanism of the negative thermal expansion ,as well as its divisions .Summarize the properties, preparation processing and the crystal structures of several A2M3O12 materials .Finally ,the future point of this kind of material was propounded．.Key words: Negative thermal expansion; A2M3O12; preparation methods由晶格热振动的非谐效应产生的“热胀冷缩”性质已成为人们普遍接受的自然属性之一，但在自然界中也存在一些较为少见“热缩冷胀”的反常现象，由此，通过人工合成并存在负热膨胀特性的材料成为目前研究的热点之一。
《2024年LaFeSi负热膨胀材料的研究探索》范文
《LaFeSi负热膨胀材料的研究探索》篇一一、引言随着科技的不断进步，材料科学在各个领域的应用日益广泛。
其中，负热膨胀（Negative Thermal Expansion，NTE）材料因其独特的热收缩特性，在精密工程、光学器件、微电子等领域具有巨大的应用潜力。
LaFeSi作为一种典型的负热膨胀材料，近年来受到了广泛关注。
本文旨在探讨LaFeSi负热膨胀材料的性能、制备方法及其应用前景。
二、LaFeSi负热膨胀材料的性能LaFeSi负热膨胀材料具有独特的热收缩特性，即在加热过程中，其体积或长度不会像普通材料那样膨胀，反而会呈现出一定的收缩趋势。
这种特性使得LaFeSi材料在高温环境下仍能保持其原有的尺寸和形状，从而提高了材料的稳定性和可靠性。
此外，LaFeSi材料还具有优异的力学性能、化学稳定性和良好的加工性能，使其在多个领域具有广泛的应用前景。
三、LaFeSi负热膨胀材料的制备方法目前，制备LaFeSi负热膨胀材料的方法主要包括固相反应法、熔融法、机械合金化法等。
其中，固相反应法是一种常用的制备方法。
该方法通过将原料按一定比例混合、研磨、煅烧等步骤，得到LaFeSi负热膨胀材料。
此外，熔融法也是一种有效的制备方法，通过将原料熔融、凝固、研磨等步骤，得到具有优异性能的LaFeSi材料。
四、LaFeSi负热膨胀材料的应用前景由于LaFeSi负热膨胀材料具有独特的热收缩特性和优异的性能，使其在多个领域具有广泛的应用前景。
首先，在精密工程领域，LaFeSi材料可用于制造高精度仪器、传感器等设备，提高设备的稳定性和可靠性。
其次，在光学器件领域，LaFeSi材料可用于制造光学镜片、透镜等光学元件，提高光学元件的抗热性能和稳定性。
此外，在微电子领域，LaFeSi材料可用于制造微电子器件的封装材料，提高器件的抗热性能和可靠性。
此外，LaFeSi材料还可用于航空航天、生物医疗等领域。
五、研究展望尽管LaFeSi负热膨胀材料已经取得了显著的进展，但仍有许多问题需要进一步研究和探索。
复合负热膨胀材料的合成、表征及性质的开题报告
复合负热膨胀材料的合成、表征及性质的开题报告本文将重点介绍复合负热膨胀材料的合成、表征及性质，并探讨其应用于材料科学领域的前景。
一、背景与意义随着新材料技术的不断推进，负热膨胀材料（Negative thermal expansion materials，NTE）因其在特定温度下出现的反常热膨胀现象而受到广泛关注。
NTE材料不仅仅具有一般材料的功能，而且具有更加优越的物理和化学性质。
尽管NTE材料有广泛的应用前景，但其实际应用受到某些限制，例如其热膨胀系数不能适应各种温度变化。
因此，为了克服这些困难，近年来已涌现出复合负热膨胀材料的研究。
复合负热膨胀材料中通常以一种高负热膨胀系数的材料为基体，结合其他化合物或元素，以期达到提高其热膨胀系数的目的。
对于众多材料，比如Al2O3、ZnO等，寻找合适的复合负热膨胀材料是大势所趋。
因此，研究复合负热膨胀材料的开发和应用具有极其重要的意义。
二、研究内容1. 复合负热膨胀材料的合成方法：介绍不同复合材料的制备方法，包括化学合成、固相反应、物理混合等方法，并对各种方法进行比较。
2. 复合负热膨胀材料的表征方法：综述复合负热膨胀材料的表征方法，包括X射线衍射、扫描电镜、热膨胀系数测试等常见的方法。
3. 复合负热膨胀材料的性质研究：主要探讨复合材料的热膨胀系数、力学性能和热性能等方面的研究成果，探讨其具体应用的前景。
三、研究意义与应用前景复合负热膨胀材料是材料领域中一个非常有前景的研究方向，因为它可以克服单一材料因其热膨胀系数限制而应用受限的问题。
该材料的特殊物性使其在建筑、电子、计算机、化学等领域具有广泛的应用前景。
例如，它可以用于量子计算、高温固体氧化物燃料电池陶瓷等高端材料的制备。
总之，由于复合负热膨胀材料具有独特的热膨胀性质和广泛的应用前景，因此它的研究和发展将成为材料科学领域的热点和难点。
a2m3o12系列负热膨胀材料的吸水性、相变和光学性能研究
摘要摘要自从ZrW2O8的负热膨胀特性被报道以来，对于负热膨胀材料研究逐渐成为材料领域的一个研究热点。
研究者寄希望于通过负热膨胀材料来解决现代技术器件中由于热膨胀系数不匹配带来的问题。
随着研究的不断开展，具有负热膨胀特性的材料逐渐被发现。
在具有框架结构的负热膨胀材料中，A2M3O12系列材料是结构最稳定，被广泛研究的一类材料。
但是，有两大因素限制了A2M3O12系列材料的应用，即吸水性和相变。
针对这两个问题，本论文从主要以Y2Mo3O12和In2Mo3O12为代表，分别对其吸水性和相变进行了研究。
另外，我们设计合成了两个新型的具有发光性能的优异的负热膨胀材料：HfScW2PO12和HfScMo2VO12。
这两种新型负热膨胀材料发光性能稳定，在很宽的温度范围内没有相变，且无吸水性能。
本论文的主要结果和创新点如下：1. 研究Y2Mo3O12的吸水性，调控Y2Mo3O12的热膨胀系数利用原子力显微镜研究不同温度下Y2Mo3O12陶瓷表面晶粒形貌，利用扫描电镜研究Y2-x(LiMg)x Mo3O12随(LiMg)3+取代量的增大陶瓷晶粒形貌的变化。
发现原子力显微镜可作为定性研究陶瓷材料热膨胀性质的有效工具，能够观察陶瓷表面单个晶粒的形状和大小以及整体形貌随温度的变化，还可以根据晶粒形貌的变化判断晶粒热膨胀的各向异性。
通过(LiMg)3+双离子组合部分取代Y3+离子，可以改变陶瓷的晶粒形貌，有效的降低了Y2Mo3O12的吸水性，同时膨胀系数也得到了调控。
2. 调控In2Mo3O12的相变温度，实现近零热膨胀利用(HfMg)6+和(ZrMg)6+离子部分取代In2Mo3O12中的In3+离子，通过增加In3+的取代量，可以有效降低In2Mo3O12的相变温度。
通过比较发现相比(ZrMg)6+，(HfMg)6+可以更有效的降低In2Mo3O12的相变温度，在In2(1-x)(HfMg)x Mo3O12固溶体中，当x≥0.85时，相变温即可降至室温以下，且热膨胀为近零膨胀。
负热膨胀材料—材料科学的新领域
负热膨胀材料—材料科学的新领域作者：史盛华来源：《科技传播》2012年第14期摘要负热膨胀材料是热缩冷胀的一类材料，与通常的热胀冷缩的材料热膨胀性能相反。
负热膨胀材料主要用于减少由温度变化引起的热应力，然而负热膨胀材料仍然没有广泛应用，存在着诸多问题亟待解决。
关键词负热膨胀材料；热应力；相变；吸水性中图分类号O657.37 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）71-0076-020 引言负热膨胀（NTE）材料是指在一定温度范围内的平均线膨胀系数或体膨胀系数为负值的一类材料，与通常的热胀冷缩的材料具有相反的热学性质。
由于科学好奇心的驱动，更重要的是能够应用于制备可控热膨胀及零膨胀材料，减少因温度较大或较快变化时产生的热应力，NTE 材料越来越受到科学工作者和工程技术人员的广泛关注。
诸如航空航天方面（航天器的天线和天线支架材料等）、光学器件方面（望远镜、激光通信、光纤通信系统等）、力学器件方面(分析天平、精密时钟) 等高新技术领域，利用低热膨胀系数材料或零膨胀系数材料，可以大大的提高器件的抗热冲击性能。
利用NTE材料制备可控膨胀及零膨胀材料，既可以采用单一材料调节组分，又可采用复合材料的方式。
目前所发现的NTE材料种类还较少，研究涉及的主要包括以下系列：1）ABO3系列（A：二价或四价阳离子，如Pb/Bi；B：四价或二价离子，如Ti/Ni等）；2） AVO5系列（A：五价阳离子，如Nb、Ta）；3）AM2O7系列（A：四价阳离子，如Zr、Hf等；M：V、P等）；4）AM2O8系列（A：四价阳离子，如Zr、Hf等；M：W、Mo 等）；5）A2M3O12系列（A：三价阳离子，如Y、Al、Fe、Cr；M：W、Mo）；A2P2MO12系列（A：Zr、Hf；M：W、Mo）；AZr4P6O24系列（A：Ca、Sr、Ba）；6）磁性化合物系列：Mn3XN系列（X：Zn、Ga、Cu）；FeM系列（M：Ni、Mn等）；7）氰化物系列：A （CN）2（A：Zn、Cd）；8）氟化物系列：AFx（A：Zn，Sc；x：2，3）。
先进负热膨胀材料2008
综述与评述
中国陶瓷
第2200200407840年年8卷年第第第9 19月9期期期 文章编号：1001-9642（2008）09-0014-04
先进负热膨胀材料的最新研究进展
殷海荣，吕承珍，李 慧，林社宝 （陕西科技大学材料科学与工程学院， 西安 710021）
钙钛矿型结构的材料 ， [15,18] 在铁电体相变点前后，
其晶胞参数随温度升高而减小。这是由于钙钛矿型结构
是由畸变的 [MO6] 八面体共角顶连接而成，M-O 键的平 均键长随畸变八面体的对称程度的增加而缩短，从而成
为钙钛矿结构负膨胀系数化合物的热收缩推动力。
如 PbTiO3 晶体 [15]，在 490℃发生铁电 ( 四方相结构 )仲电 ( 立方相结构 ) 相转变。在相变点以下 , 四方相的
力不是源于桥氧键，而是配为八面体 [ZrO6] 在平衡位置 的热摆动和四面体 [WO4] 的耦合作用。Sc2(WO4)3 晶 [1,18] 体是由八面体 [ScO6] 和四面体 [WO4] 构成的开放式的骨 架结构，二配位的桥氧键 Sc-O-W 相连接，桥原子的横
向热运动，导致刚性 [ScO6] 在平衡位置的热摆动和四面体 [WO4] 的耦合作用，使 Sc-W 非键合键距离缩短，晶体 体积缩小，在 10℃～ 1073℃温度范围内为负的热膨胀性。
玻 璃 和 橡 胶 都 是 无 定 形 物 质， 具 有 接 近 零 或 者 非 常 小 的 负 膨 胀 系 数， 其 微 观 结 构 的 热 膨 胀 机 理 可 以 用 M-O-M 键桥氧原子的横向热运动解释。在无定形物质 中，微观结构各向异性热膨胀的随机分布，在宏观上得 到各向同性的结果。
2.2 多面体的旋转耦合机理 [8,10,15,16,17,18]
A2M3O12型负热膨胀材料的研究
负热膨胀系数材料的研究现状与展望1华祝元，刘佳琪，严学华（江苏大学材料科学与工程学院镇江 212013）摘要：本文从负热膨胀材料的发展概况、负热膨胀产生机理、负热膨胀材料分类出发，着重介绍了化学通式为A2M3O12的负热膨胀材料。
通过几种A2M3O12型负热膨胀材料的性质、制备方法和晶体结构的归纳和总结，对这一系列的负热膨胀材料未来研究方向进行了展望。
关键字:热膨胀；A2M3O12；制备方法Negative Thermal Expansion Material A2M3O12Hua Zhu-yuan,LIU Jia-qi,YAN Xue-hua(School of Materials science and engineering,Jiangsu University,Zhengjiang 212013,China) Abstract：Negative thermal expansion materials A2M3O12was mainly introduced based on the development situation of the negative thermal expansion materials ,the mechanism of the negative thermal expansion ,as well as its divisions .Summarize the properties, preparation processing and the crystal structures of several A2M3O12 materials .Finally ,the future point of this kind of material was propounded．.Key words: Negative thermal expansion; A2M3O12; preparation methods由晶格热振动的非谐效应产生的“热胀冷缩”性质已成为人们普遍接受的自然属性之一，但在自然界中也存在一些较为少见“热缩冷胀”的反常现象，由此，通过人工合成并存在负热膨胀特性的材料成为目前研究的热点之一。
负膨胀材料
差示扫描量热分析
膨胀系数
XRD精修结果
Intensity (Arbitr. Units)
Exp Cal Brag Diff
与正交相的 NdInO3结构 一致； JCPDS card No. 00-0251104
30
40
50
60
2 (degree)
Er0.7Sr0.3NiO3-δ 的XRD精修结果
结合一些文献，我们还推测了Sr对Er—O键长及 容忍因子的影响。用离子半径大的Sr2+（1.44 Å）掺 杂Er3+ （1.03 Å），能够增加t值，降低晶体畸变程度， 同时还能够降低相变点。根据文献[4,5,6,7]. （La1-xSrxInO3、La1-xSrxGaO3）
[5] H.P. He, X.J. Huang, L.Q. Chen, Solid State Ionics 130 (2000) 183–193. [6] H.P. He, X.J. Huang, L.Q. Chen, Electrochim. Acta. 46 (2001) 2871– 2877. [7] P. Datta, P. Majewski, F. Aldinger, Eur. Ceram. Soc. 29 (2009) 1463–1468.
1 d AO t 2 d BO
LaGaO3
[4]H. Inaba, H. Hayashi, M. Suzuki, Solid State Ionics. 144 (2001) 99–108.
LaGaO3在420 K附近发生正交相到菱形相的 相变，正交相下t = 0.9483，菱形相下t = 0.9904， 因此正交到菱形相变过程中t 值增加，晶体的对称 性降低，同时还伴随着体积的急剧收缩现象[4]。
负热膨胀材料ZrW_2O_8及其复合材料研究进展
收稿日期: 2006 03 19; 修订日期: 2006 05 23 基金项目: 国家自然基金资助项目( 50372027, 50442023) ; 江苏省高技术资助项目( BG2004026) 作者简介: 杨新波( 1982- ) , 男, 硕士研究生, 主要从事复合材料研究。E mail: yangxinbo2000@163. com. 通讯作者: 程晓农( 1958- ) , 男, 教授, 博导, 主要从事无机、金属材料研究。E mail: xncheng @ ujs. edu. cn.
配制一定浓 度的 ZrOCl2 8H2O 溶液, 用 NH3 H2O 滴 定 成 Zr( OH) 4 沉淀, 然后 再将 沉 淀物 加入 到 H2WO4 的 NH3 H2 O 溶液中, 最后将 离心干 燥的产 物置 于 800~ 1000 的 微 波炉中保温半小 时, 取出淬 冷。该方法 反应速 度快, 生成 的 ZrW2O8 纯度较高。 3. 3 溶胶- 凝胶法[ 21]
160
材料科学与工程学报
温下处于亚 稳态的原因 之一, ZrW2O8 的 温度相 变与 压力相 变都与 M O 悬挂键中氧 的迁移 有关[12, 14] 。 ZrW2O8 属立 方晶 系 Pa 空 间 群, 呈 中 心 对 称 。 ZrW2 O8 属 正 交 晶 系 P21 2121 空间群, 晶胞参数 a 为 9. 15993nm。
料的研究现状。
关键词 ZrW2O8 ; 负热膨 胀; 可控热膨胀; 零膨胀; 复合材料
中图分类号: TH 174
文献标识码: A
Research Progress of Negative Thermal Expansion Material ZrW2 O8 and Its Composites
先进负热膨胀材料的最新研究进展
００２１）
想纯学式是鹾ｇ，Ａ王’ｓｔ０，，０壤¨ｌ
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（碡）钙铁矿系列，例妇Ｂａ髓毡，ｐ礤ｇ，Ｐ麓Ｎ帮
Ｐｂ（Ｍｇｌ／３Ｎｂ２／３０３）和ＰＺＮ即Ｐｂ（Ｚｑ／３Ｎｂ２／３）０３类铁电陶澎
【９，川Ｉ
１．２备向同性负热膨胀材料
各彝阗性受热膨获耪料ｎ璜是隧滗发的井高，曩终农 ３个轴向在都会收缩，并且收缩系数糕阏。热膨胀性质的
2多面体的旋转耦合机瑾羚?槽?博梅t镧对于菜些舆有由四面体和八面体共用角顶连接形成骨架结构的复龠氧化物如图2若金属原子与桥氧原子形成的共价键特别强桥氧键的横向热运动微不足道甚15至不及纵向热振动挢氧键mom基本上保持1804当搬一0一m键的桥氧原子发生横向热振魂时多面体之闻易予发生旋转耦食同时由于mo键较强穰对oo间距较短使得单个多面体中的化学键键长和键角不会发生畸变面体不发生畸变这些多面体为剐性体这种总体上的耦合旋转将使得材料的总体体积减小
磁霉ｉ２Ｐ３０｛２，ｃ礤（ｃａ零ｉ４Ｐ６０２４），ｃａｚ妒ｐ２４，鸥（ｗ◇４）３，
ＫＺｒ２（Ｐ０４）３，ＬｉＺｒ２（Ｐ０４）３，Ｎｂｚ“Ｐ０４）３（３，７３等｛ （２）Ｄ一锂霞石（Ｌｉ，Ａｌ，ｓｉ，０。）结构，例如ｐ—ＬｉＡｌＳｉＯ。 微晶玻璃以及长期用作标准抗冲击物质的硅石，其中硅石 变体有麟石英，方蠢英，石英，ＡｌＰ◇。（方石英），翔ｐｑ 《嚣英）以及热滚沸石痨Ｊ０－承２霹； （３）茧青石系列，系绿柱石的类质同晶化合物，其理
２。３相转变机理
隧温度露舞离，多面薅斡对称性增搬会弓｜怒绩擒酶 改变，从而导致“负热膨胀料效＿陂”。事实上，至少在某 一段较窄的温度范围内，固体材料中的平均键长缩短， 导致总体体积减小。 钙钛矿型结擒懿材料ｎ ５＇捌，在铁电捧穗变点辩后， 其晶慈参数隧温度升寒甭藏小。这是由于钙铁矿激结秘 怒融畸变的【ＭＯ。】八面体共角顶连接而成，Ｍ—Ｏ键的平 均键长随畸变八面体的对称程度的增加而缩短，从而成 为钙钛矿结构负膨胀系数化台物的热收缩推动力。 如Ｐ扳’ｉ０，晶薅｝ｌ ５｛，在４９０℃发生铁电《透方程缝褥）一 律电（立方相结构）檑转变。在栩变点ｌ；走下，因方楣的 【ＴｉＯ。】八面体存在严重的畸变，隧漏度升高，这些八面体 逐渐规则化，４９０℃以上立方相ＰｂＴｉＯ，结构中的【ＰｂＯ．，】 和口ｉＯ。】多面体非常规则，Ｔｉ—Ｏ键平均键长从０．２０１２ｎｍ 减小到０。ｌ懿３ｎ瓣，结果ａ，ｂ辘｛搴长，瑟ｅ辘缩短，总 体上引起晶胞体积减小。 另外，ＺｒＯ，随着温度升高发生从单斜到四方的转变， 此时Ｚｒ原子从７配位变成８配位，平均原子间躐变短，
负热膨胀材料ZrW2O8研究现状
负热膨胀材料ZrW2O8研究现状
王姬;王铀
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2009(030)003
【摘要】ZrW2O8是由0.3 K至分解温度1050 K都具有各向同性的负热膨胀化合物,但由于其窄的热稳定范围反应合成相当困难.本文综述了该材料的负热膨胀特性及各种合成制备方法,简单介绍了其潜在的应用.
【总页数】4页(P39-41,69)
【作者】王姬;王铀
【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TB32
【相关文献】
1.负热膨胀材料的研究现状 [J], 康霞龙
2.共沉淀法合成负热膨胀材料ZrW2O8 [J], 沈容;王天民;白海龙;熊常健
3.负热膨胀材料ZrW2O8及其复合材料研究进展 [J], 杨新波;程晓农;严学华;付廷波
4."负热膨胀"氧化物材料ZrW2O8的研究现状 [J], 沈容;王聪;王天民
5.负热膨胀化合物材料ZrW2O8的机理与制备技术 [J], 程晓农;张美芬;严学华
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《LaFeSi负热膨胀材料的研究探索》范文
《LaFeSi负热膨胀材料的研究探索》篇一一、引言随着科技的不断进步，材料科学在众多领域中发挥着越来越重要的作用。
其中，负热膨胀（Negative Thermal Expansion，NTE）材料因其独特的热膨胀特性，在高温、高精度设备等领域具有广泛的应用前景。
LaFeSi作为一种典型的负热膨胀材料，其研究价值日益凸显。
本文旨在探讨LaFeSi负热膨胀材料的制备方法、性能研究以及潜在应用。
二、LaFeSi负热膨胀材料的制备方法LaFeSi负热膨胀材料的制备主要采用高温固相反应法。
首先，将高纯度的La、Fe和Si原料按照一定比例混合，然后在高温环境下进行烧结反应，最终得到LaFeSi负热膨胀材料。
制备过程中需严格控制反应温度、时间以及原料配比等因素，以保证材料的性能。
三、LaFeSi负热膨胀材料的性能研究1. 热膨胀性能：LaFeSi负热膨胀材料在加热过程中表现出独特的负热膨胀特性，即材料在温度升高时体积收缩而非膨胀。
这种特性使得LaFeSi材料在高温环境下具有优异的尺寸稳定性。
2. 力学性能：LaFeSi负热膨胀材料具有良好的力学性能，包括高强度、高硬度以及良好的抗疲劳性能。
这些特性使得该材料在机械零件、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
3. 化学稳定性：LaFeSi负热膨胀材料具有良好的化学稳定性，能够在恶劣的化学环境下保持稳定的性能。
这使得该材料在高温、高腐蚀性环境中具有优异的应用潜力。
四、LaFeSi负热膨胀材料的应用领域1. 高温设备：由于LaFeSi负热膨胀材料在高温环境下具有优异的尺寸稳定性，因此可广泛应用于高温设备中，如燃气轮机、火箭发动机等。
2. 精密仪器：由于LaFeSi材料具有高精度、高稳定性的特点，因此在精密仪器领域具有广泛的应用前景，如光学仪器、电子仪器等。
3. 航空航天：LaFeSi负热膨胀材料的高强度、高硬度以及良好的抗疲劳性能使其在航空航天领域具有重要应用价值，如制造飞机结构件、卫星天线等。
负热膨胀材料的研究现状
负热膨胀材料的研究现状
康霞龙
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2012(000)036
【总页数】1页(P486)
【作者】康霞龙
【作者单位】南通市广播电视大学机械工程学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.负热膨胀材料的研究现状及展望 [J], 刁志聪;林伟林
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4.负热膨胀材料—材料科学的新领域 [J], 史盛华
5.负热膨胀系数材料的研究现状与展望 [J], 华祝元;刘佳琪;严学华
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负热膨胀材料研究进展
蔡方硕 １， ２，黄荣进 １， ２，李来风 １
１． 中国科学院理化技术研究所，北京 １００１９０ ２． 中国科学院研究生院，北京 １０００４９
摘要 概述负热膨胀材料的发展历程及近年的主要研究成果，介绍负热膨胀的微观机理，分析几种典型负热膨胀材料的特点，展望
在一些具有层状网络结构或管状网络结构的晶体中，键
长、键角受温度影响而变化的程度不一样。例如，随着温度升 高，晶体在水平方向上键长变长，而在竖直方向上由于离子 与离子之间的相互作用键长没有变化，从而引起层与层的距 离减小，在该方向出现负热膨胀现象。如图 ２ 所示，当温度升 高时，ａ０，ｃ０ 都发生了变化，其中 ａ＞ａ０、ｃ＜ｃ０，即材料在 ａ 方向上 发生正膨胀，在 ｃ 方向上发生负膨胀。
科技导报 ２００８，２６（１２） ８５
综述文章（Ｒｅ ｖｉｅ ｗｓ ）
胀性能。锂霞石（ＬｉＡｌＳｉＯ４）的负热膨胀现象可用这种机理来解 释。Ｓｌｅｉｇｈｔ 等［１３］通过计算机模拟表明，随着温度降低，ＬｉＡｌＳｉＯ４ 晶体中一些原本占据着四面体空隙的锂离子迁移到八面体 空隙中，从而引发负热膨胀。 ３．３ 网络结构的晶体键长膨胀引起的负热膨胀
ＣＡＩ Ｆａｎｇｓｈｕｏ１，２， ＨＵＡＮＧ Ｒｏｎｇｊｉｎ１，２， ＬＩ Ｌａｉｆｅｎｇ１
１． Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９０， Ｃｈｉｎａ
２． Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９， Ｃｈｉｎａ
独使用，也可与常规正热膨胀材料按一定成分配比、按一定方 式制备成复合材料，根据实际需求精确控制材料的膨胀系数。
１ 负热膨胀材料的发展历程
１９５１ 年，Ｈｕｍｍｅｌ 发现 β－ 锂霞石的结晶聚集体在温度达 到 １ ０００℃后，若温度继续升高则会出现体积缩小的现象［１］，从 而引起了科技界对负热膨胀问题的重视。此后，科研人员相 继发现一系列负热膨胀材料，但所发现的负热膨胀材料，由于 响应温度远离室温、响应温度范围太窄或负膨胀系数受温度 影响太大，应用受到了限制。２０ 世纪 ９０ 年代，随着对低膨胀 材料需求的 不断 增 多 ，负 热 膨 胀 材 料 受到 广 泛 关 注 ［２－ １１］，其 研 究力度也进一步加大。１９９５ 年，Ｓｌｅｉｇｈｔ 等［２］发现 ＺｒＶ２－ｘＰｘＯ７ 系 列各向同性负热膨胀材料，其最大负热膨胀温度可达到 ９５０ Ｋ；Ａ． Ｗ． Ｓｌｅｉｇｈｔ 等［３］发现立方晶体结构的 ＺｒＷ２Ｏ８ 负热膨胀材 料。１９９６ 年，Ｔ． Ａ． Ｍａｒｙ 等［４］发现 ＺｒＷ２Ｏ８ 从 ０．３ Ｋ 到其分解温 度 １ ０５０ Ｋ 的整个温度范围内都具有优良的各向同性负热膨 胀性能，并利用氧化物前驱物和高温淬火方法制备出了稳定 的 ＺｒＷ２Ｏ８。１９９７ 年，Ｓｌｅｉｇｈｔ 等［５］发现化学通式为 Ａ２Ｍ３Ｏ１２ 的钨 酸盐和钼酸盐系列负热膨胀材料。其中，Ｓｃ２Ｗ３Ｏ１２ 是迄今所发 现的响应温度范围最宽的负热膨胀材料，其响应温度范围为 １０～１ ２００ Ｋ［６］。１９９８ 年，Ｓｌｅｉｇｈｔ 等［７］发现 Ｌｕ２Ｗ３Ｏ１２ 负热膨胀材 料。这些各向同性 （以 ＺｒＷ２Ｏ８ 为代表）和各向异性 （以 Ｓｃ２Ｗ３Ｏ１２ 为代表）氧化物负热膨胀材料的发现，极大地推动了 材料科学和制造业的发展［８］。进入 ２１ 世纪，负热膨胀材料成为 材料科学中的一大研究热点［４，９－ １１］。日本理化学研究所发现性 能优良的搀杂锗的锰氮化物 Ｍｎ３ＡＮ（Ａ 代表 Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｕ）负热 膨胀材料［１２］，这种材料有望成为负热膨胀材料的一个重要研 究方向。
表 １ 各向异性负热膨胀材料 Ｔａｂｌｅ １ Ａｎｉｓ ｏｔｒｏｐｉｃ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓ ｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
材料
平均线膨胀系数／（１０－６Ｋ－１） 响应温度范围／Ｋ
ＰｂＴｉＯ３ Ｌｉ２Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ８ Ｓｃ２Ｗ３Ｏ１２ Ｌｕ２Ｗ３Ｏ１２ ＫＡｌＳｉ２Ｏ６（合成） ＫＡｌＳｉ２Ｏ６（天然） ＳｉＯ２（石英）
３ 负热膨胀的机理
从材料的微观结构等方面看，负热膨胀的机理主要有 ４ 种。 ３．１ 相变引起的负热膨胀
对于一些材料，温度的变化会引起其结构发生相变。在 相变过程中，晶体的某些参数及结构的对称性会发生变化。 一些由规则多面体组成的化合物，其多面体结构会随着相变 而产生畸变，多面体的对称性降低，晶胞体积变小，从而引起 负热膨胀效应［１５］，ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３ 即属于这类由相变引发负热 膨胀的材料。ＰｂＴｉＯ３ 晶体结构由 ＰｂＯ１２ 和 ＴｉＯ６ 多面体组成， ＰｂＯ１２ 和 ＴｉＯ６ 多面体结构在温度高于 ４９０℃时为立方相，当温 度低于 ４９０℃时发生相变，变为四方相。在这种畸变的温区， 随着温度的升高，阳离子间的相互排斥力减小，多面体的畸 变变小［１６］，ａ、ｂ 方向的长度发生正膨胀，而 ｃ 方向的长度发生 负膨胀，膨胀的总体效果将会使单胞体积变小，在宏观上表 现出材料体积随温度升高而减小的现象（图 １）［１５］。
－ ５．４ － ６．２ － ２．２ － ６．８ － ２０．８ － ２８．３ － １２
３７３￣８７３ ２９８￣１ ２７３
１０￣４５０ ４００～９００ １ ０７３￣１ ４７３ １ １７３￣１ ４７３ １ ３７３￣１ ７７３
于膨胀性能复杂，若用它制备复合膨胀材料，膨胀系数调节 困难。各向同性的负热膨胀材料则不同，其在各个方向上具 有相同的膨胀性能，结构也更加简单而稳定，机械性能更加 优异，对复合材料的负热膨胀性能的调整也更为容易。因此， 应在各向同性的负热膨胀材料中寻找具有优异负膨胀性能 的材料。
图 ２ 各向异性的网络结构的晶体热膨胀示意 Ｆｉｇ． ２ Ｓ ｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ａｎｉｓ ｏｔｒｏｐｉｃ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓ ｉｏｎ ｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ
堇青石（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１２）、磷酸锆钠（ＮａＺｒ２Ｐ３Ｏ１２）属于这类负热 膨胀的材料。在堇青石的晶体结构中，硅氧四面体组成的六 元环为基本的构造单位，这种基本构造单位垂直于 ｃ 轴，形 成层状结构，层与层之间由镁氧八面体和铝氧四面体连结。 六元环中以 Ｓｉ（Ａｌ）—Ｏ—Ｓｉ 连接为主，Ｓｉ（Ａｌ）—Ｏ—Ｓｉ 两键夹角 为 １７０°￣１７９°。镁氧八面体与铝氧四面体沿 ｃ 轴方向共棱（图 ３、图 ４）。在堇青石晶体结构中，晶体的热膨胀由两部分组成， 即镁氧键长的热膨胀、六元环中 Ｓｉ（Ａｌ）—Ｏ 键长的热膨胀。对 于 Ｓｉ（Ａｌ）—Ｏ 键长的热膨胀，有研究表明在堇青石中硅氧键和
度为 Ｔ２ 时材料的长度和体积。负热膨胀材料某个方向上的长
度或材料的体积会随着温度的升高而减小，因此负热膨胀材
Hale Waihona Puke 料的膨胀系数为负数。如果材料的负热膨胀系数在晶格的各
个方向上具有同样的值，则称这种材料为各向同性负热膨胀
材料，反之则称为各向异性负热膨胀材料。表 １、表 ２ 为部分
性能较好的负热膨胀材料［４－ ７， ９， １２－ １４］。
收稿日期：２００８－ ０５－ １２ 基金项目：国家自然科学基金项目（５０６７６１０１） 作者简介：蔡方硕，北京市海淀区中关村北一条 ２ 号中国科学院理化技术研究所，Ｅ－ ｍａｉｌ： ｃａｉｆａｎｇｓｈｕｏ０６＠ｍａｉｌｓ．ｇｕｃａｓ．ａｃ．ｃｎ；李来风（通讯作者），北京市
海淀区中关村北一条 ２ 号中国科学院理化技术研究所，研究员，Ｅ－ ｍａｉｌ： ｌｆｌｉ＠ｍａｉｌ．ｉｐｃ．ａｃ．ｃｎ
图 １ Ｐ ｂＴｉＯ３ 晶胞参数和体积随温度的变化关系 Ｆｉｇ． １ Ｃｅｌｌ ｅｄｇｅｓ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｖｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｐ ｂＴｉＯ３
３．２ 离子迁移引起的负热膨胀 一些材料同时存在四面体和八面体结构，这些四面体和
八面体的内空隙体积大小不一。在高温时，阳离子占据着八 面体空隙，四面体内的空隙是一个空位；而当温度降到某一 程度时，阳离子迁移到四面体的空隙中，八面体空隙是一个 空位，晶体的晶胞参数发生变化，材料在宏观上表现出负热膨
平均线膨胀系数 ／（１０－ ６Ｋ－ １）
－ ８．１ － ８．７ － ８．８ － １０．８ － １８ － ２５
响应温度范围／Ｋ
５７３￣１ ４７３ ０￣１ ０５０ ０．３￣１ ０５０ ３７３￣７７３ １９７￣３１９ ３１６￣３８６
各向异性的负热膨胀材料在不同晶格方向上具有不同 的膨胀性能，或是膨胀系数大小不同，或是一个方向膨胀，而 另一个方向收缩，在应用上具有很大局限性。同时，各向异性 材料在应用中易产生应力和微裂纹，影响材料寿命。而且由
αＶ＝
１ Ｖ
·ｄＶ ｄＴ
Ｖ 为材料的体积。当材料某个方向上的长度或材料的体积随
温度的变化呈线性变化时，可采用平均线膨胀系数和平均体
膨胀系数表示，即
!αＬ２
－
Ｌ１
＝
Ｌ２－ Ｔ２－
Ｌ１ Ｔ１
·１ Ｌ１
，!αＶ２
－
＝ Ｖ１
Ｖ２－ Ｔ２－
Ｖ１ Ｔ１
·１ Ｖ１
其中 Ｌ１，Ｖ１ 分别是温度为 Ｔ１ 时材料的长度和体积，Ｌ２，Ｖ２ 是温
大多数材料具有热胀冷缩的性能。材料的热胀冷缩是机 械电子、光学、医学、通信等领域所面临的普遍问题之一，对 各种器件的性能均有影响。因此，研究开发负热膨胀材料或 零膨胀材料，实现部件热膨胀系数的可控可调，提高材料的 抗热冲击性，延长材料的使用寿命，就成为亟需解决的问题。
负热膨胀指材料体积随温度升高而缩小，随温度降低而 变大，与常规材料的热胀冷缩现象相反。负热膨胀材料可单
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｔｏ ｅｘｐｌａｉｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｗｉｔｈ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｉｃａｌ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｎｉｔｒｉｄｅｓ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｎｅｗ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ； ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｎｉｔｒｉｄｅｓ