复合氧化物材料的负热膨胀机理

负热膨胀分解产物-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以按照以下方式来编写：第一段：引入负热膨胀分解产物的概念，说明该概念在材料科学领域的重要性和研究的背景。

可以提到负热膨胀分解产物在材料加工、电子器件、气体存储等方面的应用潜力。

第二段：介绍负热膨胀分解产物的定义和原理。

解释负热膨胀的概念，即物质在加热情况下体积缩小的现象。

解释负热膨胀分解产物是指在升温过程中，材料分解形成的产物，这些产物具有负热膨胀性质。

解释负热膨胀分解产物的原理，包括分子结构和晶格变化等方面的因素。

第三段：简要介绍本文的结构和内容。

提到本文将在接下来的部分详细讨论负热膨胀分解产物的特点、其在材料科学领域的应用研究以及未来的发展前景。

总体来说，概述部分需要简明扼要地介绍负热膨胀分解产物的概念、定义和原理，并提到本文将详细探讨的内容。

同时，可以适当添加一些引人入胜的内容或统计数据，以吸引读者的注意力。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面的介绍：1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开对负热膨胀分解产物的研究和应用前景的探讨：1.2.1 简介首先,我们将简要介绍负热膨胀分解产物的概念和原理，阐述它们的基本定义和工作原理，引导读者对该主题有一个初步的了解。

1.2.2 负热膨胀分解产物的特点接着，我们将深入探讨负热膨胀分解产物的特点。

我们将介绍其在物理、化学性质等方面的特点，以及与传统材料相比的优势和不足之处。

通过对其特点的分析，我们可以更好地理解负热膨胀分解产物的特性和潜在应用。

1.2.3 负热膨胀分解产物的研究进展在这一部分，我们将总结负热膨胀分解产物的研究进展。

我们将回顾目前已有的相关研究成果，包括材料的合成方法、表征手段以及其在不同领域的应用。

通过对已有研究的概括和分析，我们可以了解该领域的发展趋势和未来的研究方向。

1.2.4 负热膨胀分解产物的应用前景展望最后，我们将对负热膨胀分解产物的应用前景进行展望。

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。

万方数据万方数据万方数据３４０粉末冶金材料科学弓１：程２００９年ｌＯ月力增加到４００ＭＰａ时相转变基本结束。

当压力除去后，这种ｙ正交相仍能保持，属亚稳相。

ｙ相加热到１２０℃时会逆转变为立方结构的ａ相。

常规烧结法是在常温下压制成形，然后进行烧结。

在压制过程中发生伉一ｙ相变，而后在烧结过程中随着温度升高，），相逆转变为ａ相，使得整个样品中的。

ｃ．ＺｒＷ２０８的含量居多；而热压法的加热和加压是同时进行的，相转变进行比较频繁，随着热压温度和压力增加，发生仅一ｙ相变，由于烧结样品体积膨胀而导致ｙ—ａ相转变受到抑制，从而使得复合材料体系内ｙ－ＺｒＷ２０８的含量较多，所以热压法制备的样品热膨胀系数高于常规烧结样品。

如果对热压样品进行后续热处理，使ｙ相转变为ａ相，其热膨胀系数应该会降低。

有研究证实，５００℃／２ｈ或４００℃／２４ｈ的热处理制度可以使Ｃｕ．ＺｒＷ２０８复合材料中大部分的ｙ相转变为仅相，同时不发生Ｃｕ与ＺｒＷ２０Ｒ之间的化学反应【１３１。

将热压法制备的不同ＺｒＷ２０８体积分数的Ｃｕ－ＺｒＷ２０８复合材料在４００℃下保温２４ｈ后随炉冷却，在１５０～３００℃温度范围内测试其热膨胀系数，结果表明：Ｃｕ．５０％ＺｒＷ２０８的平均热膨胀系数（温度范围１５０～３００℃）约为１０．８７×１０‘６Ｋ～，低于该材料在热处理前的平均热膨胀系数１１．２×１０拍Ｋ一，而Ｃｕ一６０％ＺｒＷ２０８的平均热膨胀系数（温度范围１５０～３００℃）降低至７．７７×１０书Ｋ－１，这与文献［１３］报道的结论近似。

Ｃｕ．５０％ＺｒＷ２０８复合材料的热导率和热膨胀系数与现有的Ｗ－Ｃｕ、Ｍｏ．Ｃｕ复合材料的热导率１４０－２１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）和热膨胀系数５．６×１０－６～９．１×１０－６Ｋ。

１相近，有望成为新型的低膨胀、高导热的电子封装材料。

ＺｒＷ２０８和Ｃｕ之间存在着巨大的热膨胀系数差，室温时达到２９×１０－６Ｋ，因此当复合材料从烧结温度冷却到室温时产生非常大的残余应力，即热错配应力。

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。

硅石墨烯复合负极材料体积膨胀及SEI膜的原因机理及解决方法1414 68 mole % Li图1.1 Li — Si 合金相图和容量对应图[2] 硅/石墨烯复合负极材料1、硅体积膨胀的原因及反应机理迄今为止，负极材料中硅的理论容量最高， Li 和Si 形成合金LixSi (0<x <4.4)；很多学者认为在常温下，硅负极与锂合金化产生的富锂产物主要是 Li 3.75Si 相，容量高达3572mAh/g ，远大于石墨的理论容量，但伴随着巨大的体积变化， 其体积膨胀高达280%，硅的粉化致使电极结构失稳而失效，导致电极结构的崩 塌和活性材料剥落而使电极失去电接触，电极的容量随之大幅度下降甚至完全 失效叫Capacity (mAh/g of Si)85M 3918 2227 1432 954 636409 239 10616000 10 20 30 40 50 60 70 ao W 1D0Silicon content (%>图1.1为Limthongkul 等人［2］根据热力学计算出的锂硅合金相图，从图中 可以看出硅中插入的 Li +越多，会依次形成 Li 12Si 7、Li 7Si 3、Li 13Si 4>Li 22Si 5等 合金相。

这些合金相吉布斯自由能小，为稳定态相，理论上硅电极中嵌入的锂 越多，所对应的容量就越大。

但是实际上在锂离子电池中，当硅颗粒作为负极 时，锂嵌入硅后会首先生成无定形的亚稳态合金 LixSi 。

Limthongkul 解释为Si 中的相变情况不应该从热力学角度去分析，而是应该从电子和离子的动力学来 分析，该文献称Li 与Si反应生成无定形态的亚稳态合金的过程为电化学驱动1400 400的固相非晶化过程(electrochemically-driven solid-state amorphization)。

晶相的硅锂合金还有其它的化合物包括LiSi、Li"Si5、Li i5Si4等，常见的几种硅锂合金的晶格结构如表1.1。