東京工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家們最近合成了一種具有獨(dú)特?zé)崤蛎浱匦缘男滦筒牧?。科學(xué)家們采用的方法能夠制造出一種含有鋯、硫和磷的獨(dú)特晶體氧化物，它表現(xiàn)出兩種不同的負(fù)熱膨脹機(jī)制。這是第一個(gè)顯示出這種特性的已知材料，它的應(yīng)用可能有助于避免計(jì)算機(jī)芯片等復(fù)合材料在面對(duì)意外溫度變化時(shí)的損壞。
大多數(shù)材料在加熱時(shí)往往會(huì)膨脹。材料在高熱下的膨脹性是用熱膨脹系數(shù)（CTE）來衡量的。目前大多數(shù)工業(yè)級(jí)材料的熱膨脹系數(shù)為正值，因此在承受更 '極端 '的溫度時(shí)，其性能較差。然而，有些材料卻出現(xiàn)了相反的效果，在較高的溫度下會(huì)收縮。這種不尋常的過程被稱為負(fù)熱膨脹，可能有助于解決復(fù)合材料的熱損傷問題。
東京工業(yè)大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)一直在研究具有負(fù)熱膨脹的材料。研究人員解釋說，'負(fù)熱膨脹行為主要可以歸結(jié)為兩類機(jī)制，即相變和框架型機(jī)制'。這兩種機(jī)制都有工業(yè)應(yīng)用，因?yàn)閮烧叨加袃?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。相變型材料具有較大的負(fù)CTE，但可用溫度范圍較窄，這限制了它們的使用，特別是作為復(fù)合材料中的填料。而框架型材料則在較寬的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出熱收縮，但由于其絕對(duì)CTE值較小，因此需要大量的材料才能達(dá)到理想的效果。多年來，科學(xué)家們一直在尋找兩者之間的平衡方案，但直到現(xiàn)在，能夠同時(shí)承受兩種負(fù)熱膨脹機(jī)制的材料仍未見報(bào)道。
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種由鋯、硫和磷組成的新型晶體氧化物的合成方法。這種晶體的化學(xué)式為Zr2SP2O12，研究人員將其描述為 '一種負(fù)CTE材料，在加熱時(shí)同時(shí)顯示出過渡型和框架型機(jī)制'。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，雖Zr2SP2O12同時(shí)表現(xiàn)出前面提到的兩種負(fù)熱膨脹機(jī)理，但在特定的溫度下，其中一種可能會(huì)占主導(dǎo)地位。例如，在393K(約120℃)至453K(約180℃)之間，材料迅速收縮，部分結(jié)構(gòu)單元發(fā)生變形，這表明存在相變。然而，在這個(gè)溫度范圍上下，收縮并沒有那么明顯，研究人員反而觀察到了原子間鍵的長(zhǎng)度和角度的小幅變化，這是框架型機(jī)制的特點(diǎn)。
研究人員還注意到一個(gè)有趣的現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)，晶格中含有較少硫原子的晶體在相變過程中(120-180℃)更容易變形，導(dǎo)致材料的收縮幅度更大(負(fù)CTE更高)。這有助于生產(chǎn)具有所需CTE的Zr2SP2O12晶體，以滿足特定的應(yīng)用需求。
這種新型晶體材料及其生產(chǎn)機(jī)制可以為具有類似雙重機(jī)制的化合物的合成提供重要參考。這樣一來，材料工程師就能選擇具有特定性能的化合物，使制造材料的性能適應(yīng)特定的操作條件。
文章來源：復(fù)材模壓網(wǎng)
原標(biāo)題：《【復(fù)材資訊】新型晶體氧化物可以解決復(fù)合材料過熱問題》
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