负膨胀材料
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。
负热膨胀原理
负热膨胀原理
答案：
负热膨胀的原理主要包括反铁磁转变、电荷转移及铁电转变等相变。
负热膨胀是一种特殊的热力学现象，指的是材料在受热时发生收缩，而不是像普通材料那样受热膨胀或遇冷收缩。
这种现象的原理可以从几个方面来解释：
反铁磁转变：在反铁磁性材料中，随着温度的变化，材料的磁性结构会发生变化，这种磁性结构的改变会导致晶格参数的变化，进而影响材料的体积。
例如，在反铁磁CrAs基化合物中，随着温度的变化，材料的磁性结构发生了转变，导致了巨负热膨胀效应。
电荷转移：在某些材料中，随着温度的升高，原子之间的电荷分布会发生变化，导致原子间的键长发生变化，进而影响材料的体积。
例如，在镍酸铋和镍酸铅的固溶体中，通过用稀土类元素及锑和铅置换部分铋，或者用铁置换部分镍，随着温度的升高，会发生电荷转移，导致键收缩，从而使整个晶格缩小。
铁电转变：铁电材料在发生从铁电相到顺电相的转变时，由于体积的变化，也会表现出负热膨胀现象。
例如，典型的铁电材料钛酸铅在由具备极性结构的铁电相转变为非极性的顺电相时，体积会缩小。
这些原理揭示了负热膨胀现象的物理基础，为设计和发现新的负热膨胀材料提供了理论依据。
此外，通过研究和理解这些原理，科学家们能够更好地控制和利用负热膨胀材料，以满足各种应用需求。
北京航空航天大学科技成果——具有负热膨胀性质的合金材料及其制备技术
北京航空航天大学科技成果——具有负热膨胀性质的合金材料及其制备技术项目简介自然界中绝大多数材料具有正的热膨胀性质，即在一定温度范围内，随着温度的升高，材料在某一个方向或多个方向发生膨胀。
在实际工程应用中，对工程构件的稳定性、精密度、使用寿命等具有很大的影响。
负热膨胀材料是一种很好的膨胀抑制剂，可以用来调和正热膨胀，提高工程构件精密度和使用寿命等。
到目前为止，科学家在氧化物、金属间化合物、金属合金等材料体系中均发现了负热膨胀性质。
绝大部分具有负膨胀性质的铁电体材料，其发生负热膨胀的温区都很广，但是膨胀系数却很小；磁性材料中，如反钙钛矿结构化合物虽然具有较大的膨胀系数，但其发生负热膨胀现象的温度区间比较窄，或由于高于/低于实际使用温度范围；这些都严重限制了其性能和应用。
此外从材料的实用性出发，研究开发金属类的负热膨胀材料是非常有实用价值的。
因此，本项目研发了一种具有负热膨胀性质的固体金属合金材料及其制备方法，可以作为膨胀抑制剂材料使用，在航空航天、精密仪器等领域具有潜在的应用价值。
技术描述本项目研发了一种具有负热膨胀性质的固体金属合金材料及其制备技术，可以作为膨胀抑制剂材料使用，该类合金材料在一定温度区间内具有负热膨胀性质，其化学通式为MnNi1-x Fe x Ge/Cu或者Mn1-y Fe y NiGe/Cu（0≤x≤1，0≤y≤1）。
如MnNi0.90Fe0.10Ge/35wt%Cu 合金材料在176K<T<247K具有负热膨胀性质，其热膨胀系数为-56.7357×10-6K-1。
本技术制备的负热膨胀合金材料具有以下优点：1、线膨胀系数较大，发生负热膨胀的温度区间较大；2、通过控制基底材料的含量可以调控发生负热膨胀的温度区间和线膨胀系数；3、本合金材料是金属材料。
负极膨胀对电芯的影响
负极膨胀对电芯的影响1.引言1.1 概述负极膨胀是指电芯内部负极材料在充放电过程中因为反应产物积聚或结构变化而膨胀的现象。
这种膨胀会对电芯的性能和可靠性产生影响。
在锂离子电池等电化学储能器件中，负极通常由石墨等碳材料构成。
当电池充电时，锂离子从正极移动到负极，负极材料中的锂原子插入石墨层间的空隙中形成嵌入化合物，导致负极膨胀一定程度的膨胀。
而在放电过程中，锂离子从负极脱出再进入正极，负极材料的结构会发生变化，导致负极膨胀量减小。
由于充放电过程中负极的膨胀和收缩导致循环伸缩应力的产生，长时间的循环就会导致负极材料的结构疲劳和松动。
负极膨胀对电芯的影响主要体现在以下几个方面：首先，负极膨胀会导致电芯内部的应力集中，从而增加电芯的内部压力，可能引发电芯外壳的破裂和泄漏；其次，膨胀还会导致电芯内部锂离子的移动路径变长，增大了电阻，影响电芯的充放电效率；此外，负极膨胀还会限制电芯容量的利用率，降低电池的续航能力。
因此，对于负极膨胀问题的研究和解决对于实现高性能、长寿命的电芯至关重要。
通过深入了解负极膨胀对电芯的原理和影响，可以为电芯设计和制造过程中的优化提供重要的指导和启示，进一步提高电芯的性能与可靠性。
1.2文章结构文章结构是指文章的整体组织框架和章节安排。
在本篇文章中，我们将按照如下结构进行展开：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 负极膨胀对电芯的原理2.2 负极膨胀对电芯的影响3. 结论3.1 总结负极膨胀对电芯的影响3.2 对电芯设计和应用的启示在引言部分，首先概述了负极膨胀对电芯的问题，并对本文的结构进行了介绍。
在正文部分，具体探讨了负极膨胀对电芯的原理以及其对电芯的影响。
最后，在结论部分对负极膨胀对电芯的影响进行总结，并提出对电芯设计和应用的启示。
1.3 目的本文旨在探究负极膨胀对电芯的影响，并通过分析其原理和影响，总结对电芯设计和应用的启示。
通过深入研究负极膨胀带来的问题和挑战，可以为电芯的改进和优化提供有效的指导和参考。
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。
负极材料膨胀带来的影响
负极材料膨胀带来的影响
负极材料膨胀所带来的影响可以从多个角度来进行讨论。
首先，让我们从电池性能方面来看。
当负极材料在充放电过程中发生膨胀时，可能会导致电池的循环寿命下降。
这是因为膨胀会导致负极材
料与正极材料之间的接触变差，从而增加电阻，影响电池的充放电
效率。
此外，膨胀还可能导致负极材料的颗粒破裂，进一步影响电
池的循环寿命和安全性能。
其次，从安全性方面来看，负极材料膨胀也可能会对电池的安
全性产生影响。
膨胀会增加电池内部的应力，可能导致电池的损坏
甚至短路，从而引发安全隐患。
此外，膨胀还可能导致电池的内部
结构发生变化，影响电池的热稳定性，增加电池发生热失控的风险。
另外，从制造工艺和成本方面来看，负极材料膨胀也会带来一
定影响。
膨胀会对电池的制造工艺提出更高的要求，需要采取相应
的措施来解决膨胀带来的问题，增加了制造成本和复杂度。
总的来说，负极材料膨胀会对电池的性能、安全性和制造工艺
等方面产生影响，因此在电池设计和制造过程中需要充分考虑和解
决负极材料膨胀带来的种种问题，以提高电池的性能和安全性。
负膨胀材料原理&β锂霞石-2015
-6.2
3
β-锂霞石结构
1
1
β-锂霞石（ β- LiAlSiO4）,其结构中既有八面体空隙又有四面体空隙，当温 度不是很高时，其中的阳离子（Li+）是处于四面体空隙中的，而这时的八 面体空隙则是空位。当温度变高时，这时八面体空隙就会变大，这时材料 中的阳离子就会逐渐移动到扩大后的八面体空隙中。
β-锂霞石负膨胀原理
β- LiAlSiO4是上述结构材料中的 一种，当温度升高时，在其内部 晶胞的a、b轴方向表现出膨胀行 为，在c轴方向却表现为收缩， 总体膨胀系数为 -6.2×10-6/K 由左图可见， β-锂霞石在很宽的 温度范围内（目前，25-1000 ℃ ）都表现为负膨胀。 图2 0-800℃过程中，由HTXRD测得的 β-锂霞石的不同方向的晶格参数
负膨胀材料-β-锂霞石
负膨胀材料
负膨胀材料（Negative thermal expansion,简称NTE材料)，是 指在一定的温度范围内的平均线膨胀系数或体积膨胀系数为负值的 一类化合物，是材料科学中近年来新兴的学科分支。 “热胀冷缩”是生活中的常见现象，但对于材料的使用却有一定的 不利因素，尤其是金属这种特性，限制了其进步。 负膨胀材料的出现使“热缩冷胀”成为现实，因热膨胀系数具有 加和性，可以利用不同膨胀系数的材料复合，制造出膨胀系数非常低 甚至是零的材料，最大限度的减少高温材料的内应力，避免应力开裂， 增加材料的抗热冲击强度。
β-锂霞石粉体材料的应用
β-锂霞石/氧化铝复合陶瓷材料
由图可见， β-锂 霞石/氧化铝复合 陶瓷材料的热膨胀 系数可以通过二者 的比例来控制，范 围从锂霞石到氧化 铝的热膨胀系数之 间均可达到，包括 “零膨胀”。
图3 不同β-锂霞石添加量对β-锂霞石/氧化铝复合陶瓷材料膨胀系数的影响
负热膨胀材料
负热膨胀材料
负热膨胀材料是一种特殊的材料，它在受热时会出现负的热膨胀系数，即在升
温过程中会出现收缩的现象。
这种材料在一些特定的工程应用中具有重要的作用，下面将对负热膨胀材料的性质、应用和发展前景进行介绍。
首先，负热膨胀材料的性质是其能够在受热时产生负的热膨胀系数。
这种性质
使得负热膨胀材料在一些特定的工程领域中具有独特的优势。
在一些需要控制尺寸稳定性的设备中，使用负热膨胀材料可以有效地减小热应力，提高设备的稳定性和可靠性。
其次，负热膨胀材料的应用范围非常广泛。
在航空航天、光学仪器、精密仪器
等领域，负热膨胀材料都有着重要的应用价值。
例如，在航天器的热控制系统中，使用负热膨胀材料可以有效地减小航天器在升降轨道过程中受到的温度影响，提高航天器的性能和可靠性。
此外，随着科学技术的不断发展，负热膨胀材料的研究和应用也在不断取得新
的进展。
在材料科学和工程领域，科研人员们正在不断寻求新的负热膨胀材料，并且改进现有材料的性能。
这些努力将进一步推动负热膨胀材料在工程应用中的广泛应用。
总的来说，负热膨胀材料具有独特的性质和广泛的应用前景。
在未来的工程实
践中，负热膨胀材料将会发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展做出新的贡献。
希望通过对负热膨胀材料的深入研究和应用，能够更好地满足人类对材料性能的需求，推动科技进步和社会发展。
负热膨胀材料的机理__概述说明以及解释
负热膨胀材料的机理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述负热膨胀材料指的是在升温过程中，其体积会缩小而不是膨胀的材料。
相比传统的正热膨胀材料，负热膨胀材料对于一些特定应用具有重要意义。
随着科学技术的发展，人们对负热膨胀材料的机理进行了深入研究，并成功制备出多种类型的负热膨胀材料。
1.2 文章结构本文将首先介绍负热膨胀材料的定义和特性，包括其在升温过程中体积缩小的原因及其特殊性能表现。
接着，我们将讨论负热膨胀材料的工作原理，解释其为何在升温时会呈现出相反方向的体积变化。
同时，我们还将列举常见应用领域，说明负热膨胀材料在这些领域中所起到的关键作用。
在第三部分，我们将概述并详细说明几种常见负热膨胀材料的制备方法。
包括陶瓷类、金属基类和高分子类负热膨胀材料的制备方法，以及各自的特点和适用范围。
接下来，在第四部分中，我们将解释不同类型负热膨胀材料的机理差异与影响因素。
这包括组成成分对负热膨胀性能的影响解释、结晶结构对负热膨胀性能的影响解释以及微观形貌对负热膨胀性能的影响解释。
通过深入探讨这些因素，我们可以更好地理解不同类型负热膨胀材料的特性，并为后续开发和改进提供理论依据。
最后，在第五部分中，我们将总结本文所述内容并得出一些结论。
同时，我们也将展望未来关于负热膨胀材料的发展前景，并指出可能的研究方向和挑战。
1.3 目的本文旨在全面概述和说明负热膨胀材料的机理，并列举其常见应用领域和制备方法。
通过深入分析不同类型负热膨胀材料的机理差异与影响因素，旨在提供对负热膨胀材料相关研究和应用的理论指导，并为进一步的科学研究和工程实践开展铺平道路。
2. 负热膨胀材料的机理2.1 定义和特性负热膨胀材料，也被称为负温度系数材料（Negative Thermal Expansion Materials, NTE），是指在一定温度范围内随着温度升高而产生体积缩小效应的材料。
与大多数物质相反，负热膨胀材料在受热时能够减小其体积，这种特殊的性质使其在许多领域中具有重要的应用潜力。
碳纤维负膨胀系数原理
碳纤维负膨胀系数原理
碳纤维是一种轻而坚固的材料，它具有负的膨胀系数。
这意味
着在一定温度范围内，随着温度的升高，其长度会缩短而不是延长。
这种特性可以归因于碳纤维的结构和原理。
碳纤维由碳原子通过化学气相沉积或炭化聚合物制成，形成了
纤维状的结构。
这种结构使得碳纤维具有高强度和低重量的特点，
因此被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
而其负膨胀
系数的原理主要与其结构和原子间的相互作用有关。
在一般情况下，物质受热会膨胀，这是由于其分子或原子受热
后具有更大的平均振动幅度，从而使整体体积增大。
然而，碳纤维
由于其特殊的结构，其原子间的相互作用方式导致了与常规材料不
同的热膨胀行为。
碳纤维的结构中存在着大量的碳-碳键，这种键的特性使得在一
定温度范围内，随着温度的升高，碳纤维的结构会发生微小的内部
结构变化，导致整体长度缩短。
这种微观结构的变化是导致碳纤维
负膨胀系数的主要原因。
因此，碳纤维的负膨胀系数原理可以简单概括为其特殊的结构和碳-碳键的相互作用方式所导致的热膨胀行为。
这种特性使得碳纤维在一些需要稳定尺寸的高温环境下具有独特的应用优势，例如航空航天领域的热控制系统和精密仪器的制造等。
当然，对于具体的碳纤维材料，其负膨胀系数的数值和温度范围还会受到其制备工艺和具体结构的影响，需要具体分析具体情况。
低温负热膨胀材料
低温负热膨胀材料近年来，随着科技的不断发展，研究者们越来越关注金属材料和其它材料在低温环境下的性能。
因此，低温负热膨胀材料受到了广泛关注。
该材料可以有效地降低物体在低温环境下的热膨胀，从而极大地提高材料的使用性能，并且具有较高的重要性。
由于其它材料在低温下性能不稳定，低温负热膨胀材料的开发及其应用越来越受到重视，成为当今研究的热点。
低温负热膨胀材料是一类特殊的材料，它可以在低温环境下，通过调节结构和组成，使其具有负热膨胀特性。
根据材料的结构和组成，可以分为陶瓷低温负热膨胀材料、金属低温负热膨胀材料和合金低温负热膨胀材料的三类。
陶瓷低温负热膨胀材料是指采用陶瓷材料制成的低温负热膨胀材料。
其材料结构主要由相对稳定的离子组成，具有良好的耐磨性能和较高的强度。
因此，它可以在低温环境下具有良好的热稳定性和良好的耐腐蚀性，可以很好地满足各种低温负热膨胀应用的需要。
金属低温负热膨胀材料是指采用金属材料制成的低温负热膨胀材料。
其材料结构主要由相对稳定的金属原子组成，热膨胀系数比其它材料更低，具有更低的体积变化率。
此外，金属低温负热膨胀材料还具有优异的耐热性能和阻燃性能，对环境的要求也很低，因此得到了广泛应用。
合金低温负热膨胀材料是指采用金属元素和非金属元素混合制成的低温负热膨胀材料。
其特性与前两类相似，但具有更高的韧性和延展性，使其具有更好的可加工性，可以在较低的温度下保持其热稳定性，从而被广泛应用于空间、航空航天等领域。
以上只是低温负热膨胀材料的几种类型，低温负热膨胀材料的应用不仅仅是满足低温环境的要求，还可以应用于极端条件下的应用，如航空航天、潜水、医学等领域。
因此，低温负热膨胀材料具有广泛的应用前景，被公认为当今研究和应用前沿的材料。
随着世界范围内对低温负热膨胀材料的需求不断增加，未来发展的趋势也将随之而发展。
为了满足多样的应用范围，目前的研究和开发重点在于如何提高材料的性能和使用性能，以便完善材料的加工工艺，最大程度地满足和满足行业的需求。
负膨胀系数材料
负膨胀系数材料大多数材料随着温度的升高体积会膨胀，而一些材料却会产生负热膨胀现象，即体积随温度升高而收缩、随温度降低却膨胀，这引起了国内外学者的广泛兴趣。
典型的负膨胀材料及其膨胀系数如下表所示。
1.开放框架结构化合物在众多负热膨胀化合物中，具有开放框架结构特征的化合物是主要的一个分支，造成这一类化合物负热膨胀特性的机理涉及金属配位多面体的耦合摆动。
2.稀土复合氧化物目前报道的稀土复合氧化物负热膨胀材料不多, 都为各向异性材料, 大多温度存在区域为800 ℃左右。
3.钛酸铅基化合物钙铁矿结构的PbTi03陶瓷(PT)是类重要铁电材料，其奇异性在于热膨胀系数为负(体热膨胀系数-1.62×10-5℃-1 , RT-490 ℃) , 即负热膨胀材料( NTE )。
PT 基化合物的NTE可以控制在-0.11×10-5至-3.92×10-5℃-1的较大范围内。
4.磁性材料目前研究的具有负膨胀特性的磁性材料主要包括具有反钙钛矿结构的Mn3AX、具有Th2Zn17结构的R2Fe17-x M x C y和具有钙钛矿结构的R1-x A x MnO3系列材料。
分子式为Mn3AX的三元锰化合物(A=Ga, Al, Cu, Zn, In, Sn等；X=C, N) 具有立方钙钛矿结构。
Mn原子位于面心位置, A原子位于顶角位置, X原子位于体心位置, 因此人们又称其为反钙钛矿结构。
利用反钙钛矿Mn3AX做负膨胀材料不用与其他材料复合形成复合材料单相形式下就可以调制使用的温度范围和负膨胀系数, 负膨胀系数可达-25×10-6 K-1, 且各向同性；此外, 它还具有金属性、高电导率和高导热性。
研究人员发现R2Fe17化合物具有较大的自发磁化强度以及较强的磁弹耦合系数, 这些因素使得R2Fe17化合物具有较强的自发磁致伸缩, 这种强烈的自发磁致伸缩与正常的热膨胀综合的结果, 使得某些R2Fe17化合物呈现出反常热膨胀。
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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]。
1623 K
2-3μm
扫描电镜分析
1623 K条件下烧结制备的样品的SEM图及EDS能谱测试结果
EDS结果表明棒状晶体所含主要成分为Sr，Er，Ni和O。
元素比例分析
表1 在1623 K温度下制备的样品的EDS区域中各原子比例
element (at.%)
Sr 6.57
Er 14.88
Ni 22.18
研究成果
致谢
谢谢各位评委老师 的指导！
Heat Flow(mW/min)
-10 400
500
600
700
800
Temperature(K)
Er0.7Sr0.3NiO3-δ 的热分析（DSC）结果
负热膨胀机理讨论
钙钛矿ABO3型材料在正交相下的晶体结构图（a）； 在菱形相下的晶体结构图（b）.
对ABO3材料，一般用容忍因子t 作为晶体 内部的畸变程度的重要参数，其中dAO和dBO 分别表示 A-O 和B-O 键长。 t值增加，晶体畸变程度减小。可能导致负 热膨胀现象。
材料制备方法
固相反应法：
原材料：Er2O3、SrCO3、Ni2O3，按 Er0.7Sr0.3NiO3化学式配比。 制备过程：研磨-压制-烧结-退火（在1173 K保温2 h，然后继续升至 1623 K烧结6 h， 最后自然降温）。
性能测试与表征
X射线衍射（XRD） Raman光谱分析 电子扫描显微镜（SEM）1623 K Nhomakorabeac SEM
1.0
Er0.7Sr0.3NiO3-δ
0.8 0.6 0.4 655 K
16 23 K 14 K 73 K
dL/L0(%)
0.2 0.0 -0.2 300 780 K 400 500 600 700 800
15 73
900
Temperature(K)
不同温度制得样品的相对长度随温度的变化量
总结
Er0.7Sr0.3NiO3 材料具有巨负热膨胀性能，膨胀系 数为–39.0×10–6K–1 (655-780K). 在制冷工程领域 将有一定的应用价值。 推测主要机理：正交相向菱形相转变。 下一步：测试变温XRD，进一步分析其机理；探 索其他比例的材料，实现单一物质的热膨胀调控。
1，论文： (1) L.J Fu, M.J Chao, H. Chen, et al. Negative thermal expansion property of Er0.7Sr0.3NiO3-δ. Physcis letters a ( IF: 1.83). （ DOI: 10.1016/j.physleta.2014.04.040.） (2) H. Chen, M.J Chao, L.J Fu, et al. Synthesis and properties of Al/Y2W3O12 . (返修中) (3) J.M Yu, M.J Chao, D.C Li, M.Y Li, H. Wu, L.J Fu, H. Chen. Electrical conductivity and phase transition of solid oxide fuel cell electrolyte La2Mo2-xTixO9-δ ceramics. Advanced Materials Research. volumes 1 557-559. 2，专利： （1）一种负热膨胀材料SrEr2O4—NiO—SrO及其制备方法。发 明人：晁明举，付林杰，陈贺，刘献省，梁二军；专利号： 201310238773 .9（已授权） （2）固相烧结合成新型复合材料—Al/Y2W3O12复合材料。 （晁明举，陈贺，付林杰等）专利号：201310502175.8 （国家 审核中） 3，成功申请并完成2012 年“郑州大学研究生科学研究项目”， 题目为《钙钛矿结构ABO3型材料的负热膨胀性能研究》。
钙钛矿ABO3型材料优点：
无需Mn3XN化合物的无氧苛刻条件，原材料 易获得，制备简易，生产成本偏低。
目前主要研究的有PbTiO3、BiNiO3、 LaGaO3、NdNiO3、RMnO3等少数材料。
BiNiO3[1]
Nd1-xEuxNiO3 (0≤x≤0.5)[2]
在RNiO3中，BiNiO3、Nd1-xEuxNiO3 系列材料报道有负热膨胀性能 [1]M. Azuma, et al. Nat. Commun. 2 (2011) 347. [2] M.T Escote, et al. J Phys : Condens Matter. 18 (2006) 6117
结果与讨论
样品的宏观及微观形貌
(a)
(b)
不同温度下烧结制备的样品的外部形貌
从左到右烧结温度分别为 1473 K、1573 K和1623 K，样 品成型好，质地均匀，致密度 高且表面无裂痕。
(c)
温 度 下（ 制 备） 样、 品 的 表 面（ 扫 描） 电、 镜 （ 1573 K b （ ） ）
1473 K a
O 56.37
由表中数据可以看出，制备的样品中Sr， Er，Ni和O各原子比约为0.3:0.7:1:3，与原材 料配置时的比例基本保持一致。
热膨胀性能
经计算得 Er0.7Sr0.3NiO3-δ 的线膨胀系数为 –39.0×10–6K–1 (655-780K).
Er0.7Sr0.3NiO3-δ 样品的相对长度随温度的变化量
变温拉曼分析
Er0.7Sr0.3NiO3-δ
Intensity(Arbitr.Units)
783 K 723 K 673 K 663 K 653 K 643 K 623 K 510 293 K
920 575
主要表现为在 612 和 920 cm−1处的 峰值消失，542， 720 and 792 cm−1处 的峰值强度减弱。 说明在653 K左 右存在着相变。结 合文献报道和XRD 分析，我们认为是 从正交到菱形的相 变。
[3]A. Hirano, et al. Solid State Ionics. 177 (2006) 749–755.
Sr 能够影响氧空位，进而调节 GdMnO 3 材料的 相变点和温区。 结合LaGaO3、NdNiO3、La/GdMnO3等其他一 些ABO3型负热膨胀材料，发现用镧系元素占据 A位 较容易出现负热膨胀现象，再考虑到 RNiO 3 虽具有 优异的性能但大多需要高压条件。 本实验目的在于寻找一种容易制备且具有巨负 热膨胀性能的材料。我们选择Er3+和Sr2+ 占据RNiO3 中 的 R 位 ， 并 按 Er:Sr=7:3 配 比 ， 探 索 材 料 Er0.7Sr0.3NiO3的热膨胀性能。
负热膨胀材料Er0.7Sr0.3NiO3-δ的 制备及性能研究
答辩人：付林杰 导 师：晁明举教授 专 业：光 学
目
录
1
研究背景及意义
2
结果与讨论
3
总结 研究成果
4
5
致谢
研究背景与意义
反钙钛矿Mn3XN 钙钛矿ABO3 （1）实现单一材料的可控 膨胀。 （2）巨负热膨胀性质，可 用于制冷工程领域（电冰箱 或空调压缩机）。
对于本实验制备的样品Er0.7Sr0.3NiO3-δ，O氧 原子同Ni原子共同组成NiO6 正八面体，Er和Sr原 子共存在于A位原子的位置上。正交相下的NiO6 八面体存在严重畸变，到菱形相时畸变程度减小， 八面体呈现规则分布。 经研究及大量文献调研，我们推测Er0.7Sr0.3NiO3-δ 材料从正交相向菱形相转变的过程中，t值增加，NiO6 八面体畸变程度减小，其中的Er—O键长增大，Ni— O键长缩短，出现晶体沿着一个方向轴缩短的程度大 于沿其它方向轴伸长的程度的特殊现象，在总体上呈 现负体积收缩。
542
612
720
792
300
400
500
-1 Raman shift(cm )
600
700
800
900
1000
Er0.7Sr0.3NiO3-δ 样品的变温拉曼图