Рекордно сжимается материал при нагревании

Поэтому материалы, которые сокращаются при нагревании, или материалы с отрицательным тепловым расширением, поэтому представляют большой интерес для промышленных инженеров. Эти материалы можно смешивать с обычными материалами, которые расширяются при нагревании, с конечной целью получения композитного материала с его тепловым расширением, отрегулированным до определенного значения, обычно нулевого, и поддерживаемого даже при чрезвычайно низких рабочих температурах, используемых в криогенной и аэрокосмической промышленности. инженерное дело.В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, исследователи из Университета Нагоя сообщают о керамическом материале с пониженным содержанием рутената, состоящем из атомов кальция, рутения и кислорода, который сжимается на рекордные 6,7% при нагревании.

Это более чем вдвое превышает текущий рекорд для материала с отрицательным тепловым расширением, а объемный материал снова расширяется при охлаждении. Результаты могут предоставить промышленным инженерам новый класс композитных материалов, которые можно использовать для повышения точности процессов и измерений, повышения стабильности работы устройства и продления срока службы устройства.

Величиной изменения объема, а также рабочими температурами для отрицательного теплового расширения можно управлять, изменяя состав материала. Когда атомы рутения частично заменяются атомами железа, температурное окно для отрицательного теплового расширения становится намного больше.

Это окно простирается до температуры выше 200 ° C для железосодержащего материала, что делает его особенно перспективным для промышленного использования.Отметив, что изменение объема происходило при той же температуре, при которой восстановленный рутенатный материал перешел из металлического в неметаллическое состояние, исследователи изучили изменения в расположении атомов с помощью рентгеновских методов.

Они увидели драматические изменения при нагревании: внутренняя атомная структура расширялась в одних направлениях, но сжималась в других.Хотя внутренняя структура показала чистое сжатие, кристаллографические изменения не были достаточно большими, чтобы объяснить гигантские изменения объема в массивном материале.

Вместо этого исследователи обратили внимание на общую структуру материала и обнаружили пустоты вокруг керамических зерен.«Неоднородные изменения в атомной структуре, кажется, деформируют микроструктуру материала, а это означает, что пустоты схлопываются и материал сжимается», — говорит автор исследования Коши Такенака. «Это новый способ достижения отрицательного теплового расширения, который позволит нам разрабатывать новые материалы для компенсации теплового расширения».


Портал обо всем