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Wie hängt Ihr tägliches Leben auf das Geheimnis der negativen Wärmeerweiterung zusammen?
In unserem täglichen Leben sind wir immer dem physischen Phänomen der thermischen Expansion ausgesetzt.Wenn die meisten Materialien erhitzt werden, erweitern sie sich und erhöhen das Volumen, während einige Materialien beim Erhitzen schrumpfen, ein Phänomen, das als negative thermische Expansion (NTE) bekannt ist.Wenn Menschen an Schärfe denken, kann es schwierig sein, mit dem Konzept des Schrumpfens zu entsprechen, aber dies ist ein wichtiges Prinzip, das viele Lebensanwendungen betrifft.
negative thermische Expansion bezieht sich auf das Schrumpfung bestimmter Materialien mit zunehmender Temperatur als die meisten Materialien.
Wasser ist eines der bekanntesten Materialien für die negative thermische Expansion.Zum Beispiel ist die Wasserdichte zwischen 0 ° C und 3,98 ° C während seiner festen (Eis-) Stufe niedriger als die Flüssigkeit, weshalb Eis auf dem Wasser schwimmt.Hinter diesem physikalischen Phänomen gibt es tiefgreifende wissenschaftliche Prinzipien und potenzielle Anwendungen, die faszinierend sind.
Der Ursprung der negativen thermischen Expansion
Das Phänomen der negativen thermischen Expansion kann auf verschiedene physikalische Prozesse zurückgeführt werden.Beispielsweise können der laterale Schwingungsmodus, der starre Einheitsmodus und die Phasenänderungen dazu führen, dass das Material beim Anstieg der Temperatur schrumpfen.Im Jahr 2011 entdeckte ein Forschungsteam, dass das NTE-Phänomen aus der Erhöhung der Entropie stammt, die durch Hochspannungs- und Kleinspannungskonfigurationen verursacht wurde, die in der stabilen Phasenmatrix durch thermische Schwankungen vorhanden sind.
Dieses Phänomen zeigt, dass die Mikrodesign des Materials und seine interne Struktur einen entscheidenden Einfluss auf das positive und negative thermische Expansionsverhalten haben.
negative thermische Expansion im täglichen Leben
Im täglichen Leben muss die Gestaltung vieler Materialien die Eigenschaften der negativen thermischen Expansion berücksichtigen.Beispielsweise können diese Materialien drastische Temperaturänderungen bei der Herstellung von Glasherd aus Glas widerstehen.Aufgrund der besonderen Gestaltung seiner internen Struktur können einige Materialien gleichzeitig positive und negative thermische Expansionseigenschaften aufweisen, wodurch die Stabilität während des Erhitzens aufrechterhalten wird, um Rissprobleme zu vermeiden.
Von professionellen Füllmaterialien für Zähne bis hin zu High-Tech-Luft- und Raumfahrtmaterialien ist die Anwendung negativer thermischer Expansion allgegenwärtig.Die Zähnekonstruktionen der Patienten müssen auch Verbundmaterialien in Betracht ziehen, die negative Wärmeausdehnungsmaterialien enthalten, wodurch sichergestellt wird, dass der Grad der Expansion des Füllmaterials mit den Zähnen übereinstimmt, wodurch die durch thermischen Expansion und Kontraktion verursachten Schmerzen reduziert werden.
Potentielle Anwendung negativer thermischer Expansion
Auf dem Gebiet des Ingenieurwesens werden in Zukunft ein gemeinsames positives thermisches Expansionsmaterial mit einem Material mit negativen thermischen Expansionsmerkmalen kombiniert.Eine angemessene proportionale Anpassung kann den thermischen Expansionskoeffizienten auf ein Niveau nahe Null regulieren, was für Präzisionsinstrumente besonders wichtig ist.
In praktischen Anwendungen beschränkt sich die Verwendung negativer thermischer Expansionsmaterialien nicht auf die Industrie.
Der Einfluss der negativen thermischen Expansion auf die Materialwissenschaft wächst allmählich und wird in Zukunft in vielen Bereichen weit verbreitet.Dies schließt von der Stabilität optischer Geräte bis hin zu leistungsstarken Luft- und Raumfahrtmaterialien ein und kann sogar auf die Herstellung elektronischer Geräte wie umweltfreundliche und nachhaltige Technologien angewendet werden.
In einigen High-Tech-Industrien macht die strengen Anforderungen an die Systemleistung die Eigenschaften der negativen thermischen Expansion wichtiger, da die Durchführung stabiler Materialien über einen weiten Temperaturbereich einer der Schlüssel zur Lösung des Problems ist.
Wussten Sie, dass viele tägliche Objekte in Ihrer Umgebung dieses negative thermische Expansionsmerkmal tatsächlich verwenden, um die Stabilität und Zuverlässigkeit ihrer Nutzungsleistung zu gewährleisten?
