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“热缩冷胀”现象原理揭示

      东京工业大学的研究小组发现,不同比例的镍酸铋(BiNiO3)和镍酸铅(PbNiO3)固溶体,会出现遇热收缩负膨胀现象。这种现象是由金属间电荷转移和极性—非极性转换两种不同原理导致的。

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      受热膨胀会对光通信、半导体制造等要求精准定位的应用造成影响,这种精准定位需要用到零热膨胀物质。零热膨胀物质可由负热膨胀物质制作,利用其体积会随温度升高而收缩的特点,来消除材料的热膨胀。反铁磁转变、电荷转移及铁电转变等相变是发生负热膨胀的原因。但科学家此前未发现同一种类型材料在不同结构下会表现出负热膨胀的现象。

      镍酸铋是一种电荷分布比较有特点的钙钛矿型氧化物。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。此时,由于镍和氧之间的键收缩,整个晶格会缩小约3%。另外,典型的铁电材料钛酸铅(PbTiO3)由具备极性结构的铁电相转变为非极性的顺电相时,体积也会缩小约1%。