Language
Country/Area
No result found
Terobosan ilmuwan: Bagaimana mencapai fenomena menakjubkan ekspansi termal negatif dalam satu zat?
Ekspansi termal negatif (NTE) adalah proses fisika-kimia yang tidak biasa di mana material tertentu menyusut saat dipanaskan, alih-alih mengembang seperti kebanyakan material lainnya. Contoh paling terkenal dari fenomena ini adalah air, yang berperilaku antara 0 dan 3,98°C. Kepadatan air padat (es) lebih rendah daripada kepadatan air cair pada tekanan standar, yang menjadi alasan terjadinya fenomena NTE pada air, yang menyebabkan es mengapung di permukaan air alih-alih tenggelam.
Material yang dapat mencapai ekspansi termal negatif mungkin memiliki potensi luas dalam rekayasa, optoelektronik, elektronik, dan aplikasi struktural.
Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika beberapa material digunakan sebagai material kompensasi ekspansi termal dan dicampur dengan material yang mengembang secara normal, material komposit dengan ekspansi termal yang disesuaikan atau mendekati nol dapat diproduksi.
Asal mula ekspansi termal negatif
Asal mula ekspansi termal negatif dapat dikaitkan dengan beberapa proses fisik, termasuk mode getaran lateral, mode unit kaku, dan perubahan fase. Pada tahun 2011, para peneliti menemukan bahwa fenomena NTE muncul dari keberadaan konfigurasi tekanan tinggi dan volume rendah yang muncul melalui fluktuasi termal dalam matriks fase yang stabil. Hal ini memungkinkan mereka untuk memprediksi ekspansi termal positif yang sangat besar (dalam molibdenum klorida) dan ekspansi termal negatif tak terbatas (dalam Fe3Pt) yang terjadi pada material tertentu.
Ekspansi termal negatif dalam sistem tertutup
Ekspansi termal negatif biasanya diamati dalam sistem yang tidak rapat, seperti es, grafena, dll. Namun, sebuah makalah baru-baru ini menunjukkan bahwa kisi-kisi yang rapat dari satu komponen juga dapat mencapai perilaku NTE. Makalah ini mengusulkan kondisi yang cukup potensial agar fenomena NTE terjadi pada jarak fundamental, yang memerlukan mempertimbangkan interaksi antara atom.
Fenomena ini diperlukan dan cukup dalam satu dimensi, tetapi hanya cukup tetapi tidak diperlukan dalam dua dan tiga dimensi.
Bahan dengan ekspansi termal negatif
Mungkin bahan ekspansi termal negatif yang paling banyak dipelajari adalah niobium tungstate (ZrW2O8). Senyawa tersebut terus menyusut pada rentang suhu 0,3 hingga 1050 K. Bahan lain yang menunjukkan sifat NTE mencakup anggota keluarga AM2O8 lainnya serta HfV2O7 dan ZrV2O7, antara lain. Homogenitas bahan-bahan ini membuatnya berharga dalam aplikasi teknik karena NTE-nya konsisten dalam tiga dimensi, memfasilitasi penggunaannya sebagai kompensator ekspansi termal.
Es pada suhu rendah juga menunjukkan sifat ekspansi termal negatif, yang cukup berguna dalam teknik.
Prospek aplikasi
Menggabungkan material ekspansi termal positif tradisional dengan material dengan sifat ekspansi termal negatif yang abnormal akan membantu mengatur laju ekspansi termal keseluruhan dari material komposit, dan bahkan mencapai laju ekspansi termal mendekati nol. Hal ini khususnya penting dalam bidang teknik, misalnya dalam aplikasi instrumentasi presisi, ketika material diharuskan untuk mempertahankan sifat yang stabil pada rentang suhu yang luas.
Dalam kehidupan sehari-hari, permintaan akan material ekspansi termal nol juga sangat signifikan. Misalnya, kompor kaca keramik harus tahan terhadap perubahan suhu yang drastis. Selain itu, tambalan gigi yang mengembang pada laju yang jauh berbeda dari gigi dapat menyebabkan sakit gigi, jadi menggunakan material komposit yang dirancang untuk mengembang bersamaan dengan email gigi dapat menghindari masalah ini.
Menghadapi fenomena ajaib dari material-material ini, bagaimana komunitas ilmiah akan memperluas batasan penelitian ini lebih jauh?
