再“火”也不克不及变大
“热胀冷缩”征象在生存中到处可见：弄瘪了的乒乓球用开水烫一烫会兴起来；炎天不克不及给轮胎充太足的气，避免温度高时惹起爆胎；炎天排挤中电缆时也不克不及过紧，以防冬天遇冷紧缩时绷断。
图1 干瘪的乒乓球在热水中恢复原状（图片来自网络）
正热变大=热胀冷缩，负热变大=热缩冷胀
平凡质料的“热胀冷缩”，也叫“正热变大”，主要体现为物质受热变大，冷却紧缩的征象。这是由于温度上升时物体内的粒子（原子）活动幅度加大，粒子之间的均匀距离变大，从而令物体变大；同理，当温度下降时，粒子的活动幅度减弱，使物体紧缩。
在很多情况下，“热胀冷缩”可不是一件功德。比如，“热胀冷缩”会招致质料尺寸随情况温度厘革，就会严峻影响仪器的精度和功效；由不同质料构成的器件，由于变大系数不婚配，温度厘革时会招致拆卸间隙、热应力和密封没效。质料的“热胀冷缩”及其招致的上述效应以前成为制约精密（光学）仪器、航空航天、温度低工程、微电子器件等范畴快速提高的一个共同特性瓶颈成绩。
图2 图片来自网络
那种碰到低温就变大的质料，叫“正热变大”质料。不外，但是另有一种“负热变大”质料，它的特性就是“热缩冷胀”，当物体的温度上升时，物体的体积变小，再怎样“火”也不变大；温度低落时，物体反而变大。
我们平常生存中离不开的水在4℃以下就是负热变大的。如此冬天湖面的水遇冷后就也不会下沉，而湖底的水永久坚持在4℃，鱼虾和水生物就不会被冻死了。
负热变大+正热变大→零变大？负热变大质料是紧张
将负热变大质料与通常正热变大质料举行复合，可好效克制正热变大质料的热变大乃至完成零变大。这为调控质料变大系数、提高器件的布局和功能安定性带来了渴望。但是遗憾的是，已有的负变大质料总是存在如此或那样的缺陷。
比如，以前被研讨20多年的明星负热变大质料钨酸锆（ZrW2O8）就存在布局不安定、导热性差且易吸水等成绩，给实践使用形成了困难。
图3 电路板与集成器件（图片来自网络）
近期，中国封建院合肥物质封建研讨院固体物理研讨所童鹏研讨员课题组在金属负热变大质料研讨方面取得了新历程，取得了一种兼具精良热学、力学和负热变大功能的铁基 Laves 相化合物——铪钽铁合金Hf0.87Ta0.13Fe2。
该合金在零下51℃至零上54℃的温度范围内展现负热变大，相应的线性变大系数到达了-16.3 ppm/K（图4a）。也就是说，铪钽铁合金制成的1米长棒在温度上升1℃时延长了16.3微米！而平常生存中稀有的金属质料，好比铁，它的线性变大系数为12 ppm/K，意味着1米长铁棒上升1℃时，仅伸长12微米。铪钽铁合金有云云大的负热变大效应，如将其与正热变大质料复合，其受热紧缩的厘革量便足以将正热变大质料的热变大抵消，可能完成零变大。
不仅云云，该合金还具有精良的电导、热导功能（图4b）和机器功能：比如紧缩强度接近400 MPa（图4c），杨氏模量高达223 GPa（图4c），维氏硬度到达了882 HV。
图4 铪钽铁的线变大曲线（a）、力学功能（b）和热学功能（c）。
优秀的热学、力学功能使得铪钽铁在克制基底质料热变大的同时，还可以提高基体的抗热震才能和机器功能，起到了组合调控的后果。比如，我们可以使用该化合物大的负变大系数来对电子封装质料的热变大系数举行好效调控，变小封装质料与芯片之间的热应力。与此同时，其精良的热导功能可以提高器件的散热才能，从而为电子器件的功能安定性和使用寿命提供保证。
因此，铪钽铁负变大合金为处理微电子、精密仪器、航空航天、温度低工程等范畴中质料的“热胀冷缩”成绩提供了一个很好的“克制剂”质料，具有较大的使用出息。
