
大多数金属受热后都会膨胀,在许多技术应用中,这种效应是极不希望出现的。维也纳的研究人员现在开发出一种几乎保持不变的合金。
“材料温度越高,原子移动就越剧烈。而原子移动越多时,它们需要的空间就越大,原子之间的平均距离就会增加,”维也纳技术大学的维也纳科学集群(VSC8)研究中心的赫梅列夫斯基(Sergii Khmelevskyi)在一份新闻稿中解释道。这种热膨胀无法避免的,但可以通过具有不同相反效应的材料来取得平衡。
模拟显示原子层面行为
例如,由铁和镍组成的因瓦合金(Invar)的热膨胀率就非常低。人们早就知道,材料中的磁序是造成这种现象的原因。具体来说,某些电子会随着温度升高而改变状态。由于磁序降低,材料会收缩,这几乎完全抵消了通常的热膨胀。
赫梅列夫斯基领导的团队利用计算机模拟在原子层面上分析了这一表现,从而能够非常精确地了解这一过程的细节。基于这项发表在 2023 年《物理化学期刊C》上的研究成果,科学家们还能够对其他材料做出预测。
焦绿石磁体几乎不膨胀
为了进行实际测试,他们与北京工业大学(中国)的专家合作,最终得到了一种由锆、铌、铁和钴组成的所谓焦绿石磁体(Pyrochlor-Magnet)。根据中国期刊《国家科学评论》已接受但尚未发表的研究论文记载,在这种合金中,在超过 400 摄氏度的温度范围内,每度的长度变化仅为万分之一左右。
其原因在于某些区域的钴含量略高于其他区域,这些子系统对温度变化的反应不同,这使得材料成分达到平衡,从而”整体温度膨胀几乎完全为零”。
(据奥地利公共电视台ORF网站/中欧新闻社-今日中欧编译/2025-02-03)
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