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东京工业大学研发出可用于室温~500℃范围内的负热膨胀材料
2021年01月29日 发布 分类:技术前沿 点击量:500
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东京工业大学于日前发表新发现了一款负热膨胀材料,此材料同时具有相转移(Phase Transition)与框架(Framework)两种收缩机制,可在室温~500℃的温度范围内发挥机能性,可望光通讯、半导体等领域中作为热膨胀抑制材料发挥作用

既有的负热膨胀材料难以同时拥有宽广的作业温度范围与较大的负热膨胀性。东京工业大学则利用合成Zr2WP2O12水热合成法成功完成了Zr2SP2O12的单相合成。据研究,这种新材料在室温120℃、180℃以上的状况时会藉由框架机制产生收缩;而约120℃~180℃的温度范围内则以相转移机制收缩。

负热膨胀材料的收缩机制大致可分为框架机制与相转移机制,具有框架机制的材料在广泛的温度范围呈现缓慢的负热膨胀性,而拥有相转移机制的材料则是在较狭窄的温度区域内呈现较大的负热膨胀性。东京大学指出,目前尚未发现同时具有两项收缩机制的材料,故此次合成出的Zr2SP2O12将是世界首项兼具两种机制的材料。

温度

材料的晶格体积的温度依赖性对比

研究团队进一步利用X光绕射调查晶格常数的变化,调查新材料的热膨胀率,确认在宽广的温度范围内具有负热膨胀性。且透过里特沃尔德法解析收缩机制,确认框架机制的收缩主因在于构成结晶之ZrO6八面体SO4PO4四面体的结合角変化;相转移机制形成的收缩则是ZrO6八面体大幅歪曲所致。另一方面,透过改变Zr2SP2O12合成时的热处理温度,可让结晶内的SO4任意产生缺损。SO4约缺损10%的Zr2S0.9P2O12-δ,则显示出从室温~500℃宽广温度范围内巨大的负热膨胀性。

研究团队称,若通过元素置换等调整材料组成,将可望开发出具有更大负热膨胀率的材料。此外,东京工业大学也将着手进行与聚合物材料的复合化,期推广应用于5G、IoT装置等用途开发上。

来源:材料世界网


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