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あなたの日常はネガティブな熱膨張の秘密とどのように関係していますか？
私たちの日常生活では、私たちは常に熱膨張の物理的な現象にさらされています。ほとんどの材料が加熱されると、それらは膨張して体積を増加させますが、一部の材料は加熱すると収縮します。これは、負の熱膨張（NTE）として知られる現象です。人々が暑さを考えるとき、縮小の概念と一致することは難しいかもしれませんが、これは多くのライフアプリケーションを含む重要な原則です。
否定的な熱膨張とは、ほとんどの材料のように膨張するのではなく、温度が上昇するにつれて、特定の材料の収縮を指します。
水は、否定的な熱膨張のための最も有名な材料の1つです。たとえば、0°Cから3.98°Cの間では、固体（氷）段階では水の密度が液体よりも低いため、氷が水に浮かんでいます。この物理的な現象の背後には、深い科学的原則と潜在的な用途があり、魅力的です。
負の熱膨張の起源
負の熱膨張の現象は、さまざまな物理的プロセスにまでさかのぼることができます。たとえば、横方向の振動モード、剛性ユニットモード、および位相の変化はすべて、温度が上昇すると材料を収縮させる可能性があります。2011年、研究チームは、NTE現象が、熱変動を介した安定位相マトリックスに存在する高電圧および小型構成によって引き起こされるエントロピーの増加に由来することを発見しました。
この現象は、材料のマイクロデザインとその内部構造が、正と負の熱膨張挙動に決定的な影響を与えることを示しています。
日常生活における負の熱膨張
日常生活では、多くの材料の設計では、否定的な熱膨張の特性を考慮に入れる必要があります。たとえば、これらの材料は、ガラスセラミックストーブを作るときに劇的な温度変化に耐えることができます。内部構造の特別な設計により、一部の材料は同時に正と負の熱膨張特性を持つことができ、それにより、亀裂の問題を避けるために加熱中に安定性を維持できます。
歯のプロの充填材料からハイテク航空宇宙材料まで、負の熱膨張の適用は遍在しています。患者の歯の設計は、ネガティブな熱膨張材料を含む複合材料の使用を検討する必要があります。これにより、フィラー材料の膨張の程度が歯と一致することを保証し、それにより熱膨張と収縮によって引き起こされる痛みを軽減します。
負の熱膨張の潜在的な適用
エンジニアリングの分野では、一般的な陽性熱膨張材料と否定的な熱膨張特性を持つ材料と複合材料を形成する方法を効果的に組み合わせる方法は、将来的には大きな課題になります。適切な比例調整により、熱膨張係数をゼロに近いレベルに調節できます。これは、精密機器にとって特に重要です。
実際の用途では、ネガティブな熱膨張材料の使用は、ボトル入りの水材料の選択に限定されません。
材料科学に対する負の熱膨張の影響は徐々に拡大しており、将来の多くの分野で広く使用されます。これには、光学装置の安定性から高性能航空宇宙材料への安定性が含まれ、環境に優しい持続可能な技術などの電子機器の製造にも適用できます。
一部のハイテク産業では、システムパフォーマンスの厳しい要件により、否定的な熱膨張の特性がより重要になります。これは、広い温度範囲で安定した材料を実行することが問題を解決するための鍵の1つであるためです。
あなたの周りの多くの毎日のオブジェクトが、実際にこのネガティブな熱膨張特性を使用して、使用パフォーマンスの安定性と信頼性を確保していることに気付きましたか？
