日本研发出可控负热膨胀的铋系材料

2014-02-28 13:45:04 来源： 浏览次数：0

（铟铋锗分会2月28日 刘麦译）naturejapnajob消息，热膨胀通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，分子运动的平均动能增大，分子间的距离也增大，物体的体积随之而扩大。由于热膨胀导致物体体积产生变化，从生产的角度来看，是一些生产机械表皮剥落或加工精密偏离的重要原因，因此是非常需要注意的一个问题。特别是大规模集成电路（LSI）和通信用半导体的精密加工过程中，一丁点的温度变化，往往会导致生产出现问题，最终产生了高昂的成本。而近年来，随着一些具有“负热膨胀”性质的物质出现，业界普遍期待能利用这些物质来组成能够抑制热膨胀的材料。

最近，东京工业大学陶瓷应用研究所的岡研吾特助教、东正树教授在高压高温的环境下研发了一种铋镍氧化物（Bi_1–xLn_xNiO₃），是迄今为止负热膨胀系数最高的材料，同时报告还指出该种材料对负热膨胀可控。
     

Bi_1–xLn_xNiO₃  是以铋镍氧化物（BiNiO₃）为研究起点。2002年东正树教授的研究小组将BiNiO₃在约3.5GPa（千兆帕斯卡）的压力下从绝缘体中将金属转移出来的过程中，发现伴随此过程该物质体积有2.5%的收缩。并且此前英国约克大学卢瑟福阿尔普顿研究所的高压脉冲中子衍射的运用过程中，也明确了与镍氧结合收缩相比，铋与镍之间的电荷移动比镍单独的价数要大。

2011年，发表了用镧替换一部分的铋将会使Bi1–xLnxNiO3在温度引起的电荷移动所导致更为巨大的负热膨胀。室温约100℃的时候，锰氮化合物会有3倍大小的负热膨胀（图a）。而这一次岡研吾特助教用其他材料诸如钕（Nd），铕（Eu），镝（Dy）等元素来替换镧，于是在-30至130℃的温度带之间，与塑料类材料的热膨胀能够相媲美的绝对负热膨胀材料产生了（图b，c）。

现在的课题是，在6GPa以及1000℃的高温高压调价下，进行加热或冷却时消灭误差。目前岡研吾特助教表示“虽然目前通过控制，使误差值变小已经成功，但即便如此仍需继续解决该材料在实用中会可能遇到的问题。现在我们正在寻找能够在第一阶段负热膨胀体积完美不发生变化的同时，连续进行第二次（温度）转变同样不发生体积变化的办法。

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