a2m3o12型负热膨胀材料的研究

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1、负热膨胀系数材料的研究现状与展望2010年月日收到初稿；2010年 月 日收到修改稿。基金项目：国家自然科学基金（50772044）；教育部高等学校博士点基金(200802990001)；江苏省自然基金（BK2008224）；江苏省高校自然科学重大基础研究（09KJA430001）和江苏省青蓝工程资助项目。作者简介：华祝元硕士主要从事负热膨胀材料的研究。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

2、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NegativeThermalExpansionMaterialA2M3O12HuaZhu-yuan,LIUJia-qi,YANXue-hua(SchoolofMaterialsscienceandengineering,JiangsuUniversity,Zhengjiang212013,China)Abstract：NegativethermalexpansionmaterialsA2M3O12wasmainlyintroducedbasedon

3、thedevelopmentsituationofthenegativethermalexpansionmaterials,themechanismofthenegativethermalexpansion,aswellasitsdivisions.Summarizetheproperties,preparationprocessingandthecrystalstructuresofseveralA2M3O12materials.Finally,thefuturepointofthiskindofmaterialwaspropounded．.Keywords:Negative

4、thermalexpansion;A2M3O12;preparationmethods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。随着科技的发展，人们希望制备出更多具有低的膨胀系数或者零膨胀系数的材料，而通过研究负热膨胀（NTE）材料，并使这种材料与一般的正热膨胀材料复合，从而使复合材料的热膨胀系数可控，甚至为零，成为可能。这种复合材料可以最大限度的减少高温材料的内应力，增加材料的抗热冲击强度，可广泛应用于航空航天、光电子精密

5、仪器制造等领域。负热膨胀指材料体积随温度升高而缩小，随温度降低而变大，与常规材料的热胀冷缩现象相反。而负热膨胀材料是指在一定的温度范围内其线膨胀系数（αT）或体膨胀系数（βT）为负值。1发展概况1935年，Büssem等发现β-方石英的热膨胀系数很小；并于1975年由Wright等研究者进一步通过实验证实。1951年，Hummel研究发现β-锂霞石晶体呈现出负的体积膨胀。由此人们开始意识到，可以制备出在一定温度范围内体积稳定的零膨胀材料。经过科学家们的不断研究，相继生产出一系列低热膨胀玻璃陶瓷等材料。但所发现的负热膨胀材料由于存在响应温度远离室温、响应温度范围太窄或负膨胀系数

6、受温度影响太大等因素，应用受到限制。进入20世纪90年代，负热膨胀材料的研究得到进一步发展。1995年，美国俄勒冈州立大学（OregonStateUniversity）的Sleight研究发现ZrV2-xPxO7系列的负热膨胀材料均表现为各向同性的负热膨胀行为，而且其中有些材料的负热膨胀的温度范围宽度可达到950℃。1996年，Mary和Sleight等人利用氧化物前驱物和高温淬火方法制备出了稳定的ZrW2O8，并研究发现ZrW2O8在温度范围0.3K到1050K内都表现出负热膨胀现象[1]。该项研究被1997年美国“发现”（Discover）杂志评为1996年100项重大发现

7、之一。1997年，Sleight研究组研究发现了以A2M3O12为化学通式的钨酸盐和钼酸盐系列的负热膨胀材料和以AV2O7为化学通式的钒酸盐系列的负热膨胀材料。1998年，美国亚特兰大佐治亚理工学院（GeorgiaInstituteofTechnology）的Cora等研制出了具有负热膨胀性能的立方ZrMo2O8。1999年，英国圣·安德鲁斯大学的WoodcockDavid等人又研究发现了菱沸石的负热膨胀性能。进入21世纪，负热膨胀材料进一步成为材料研究的热点。2005年，日本理化研究所发现