對環境友善之負熱膨脹材料

 

刊登日期:2021/12/17
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名古屋大學於日前發表開發了一項「受熱會收縮」的新材料,且相較於既有材料,具有環境友善的優點。近年來利用與相轉移(Phase Transition)相關之體積變化的材料開發時有所聞,例如氧化鉍鎳(Bi0.95La0.05NiO3)、氟化鈧(ScF3)、氧化釕(Ca2RuO4)、鉛釩氧化物(Pb0.76La0.04Bi0.20VO3)等新材料相繼開發,實現了超越既有材料數倍到十倍以上的巨大負熱膨脹。然而由於這些巨大負熱膨脹材料使用了高價(Ru、Sc)、對環境有害(Pb)的元素,或是合成時需要耗費成本的高壓力(Bi0.95La0.05NiO3)等因素,以至於未能達到大幅實用化。

有鑑於此,名古屋大學積極探索低價、具有環境親和性且易於合成之新材料,並關注到焦磷酸鋅(Zn2P2O7)。Zn2P2O7在132°C會出現構造相轉移,相較於低溫相,高溫相的體積縮小了1.8%。

為了活用此項大體積變化,研究團隊將Zn2P2O7與在68℃也呈現出類似結構相的焦磷酸鎂(Mg2P2O7)結合,合成了一款混晶。結果顯示,將Zn以20%Mg置換的Zn1.6Mg0.4P2O7在包含室溫的–10~80°C溫度範圍內,線性膨脹係數達到了超過–60 ppm/°C的負熱膨脹。

此項材料是以鋅(Zn)、鎂(Mg)、磷(P)為主要成分構成的氧化物,成本低、具環境友善性,且透過一般固相反應即可容易地合成,無須利用高壓或真空封裝等高成本的合成方法。此外,負熱膨脹的等級堪比典型的巨大負熱膨脹材料Bi0.95La0.05NiO3。具有巨大負熱膨脹性能的微粒子將可望有助於促進功率半導體、3D積體電路等先進電子裝置的高機能化、省電力及長壽命化。

資料來源:
https://optronics-media.com/news/20211126/75392/
https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20211124_emgg.pdf


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