Metalların əksəriyyəti temperaturu yüksəldikdə genişlənir. Məsələn, Eyfel qülləsi istilik genişlənməsinə görə yayda qışa nisbətən təxminən 10-15 santimetr hündür olur. Bununla belə, bu təsir bir çox texniki tətbiqlər üçün son dərəcə arzuolunmazdır.

Bu səbəbdən elm adamları uzun müddətdir ki, temperaturdan asılı olmayaraq həmişə eyni uzunluğa malik olan materialları axtarırlar. Məsələn, dəmir və nikel ərintisi olan İnvar, çox aşağı istilik genişlənməsi ilə tanınır . Bu xüsusiyyətin fiziki olaraq necə izah oluna biləcəyi indiyə qədər tam aydın deyildi.

İndi TU Wien (Vyana) nəzəri tədqiqatçıları ilə Pekin Elm və Texnologiya Universitetinin eksperimentalistləri arasında əməkdaşlıq həlledici irəliləyişə səbəb oldu.

Mürəkkəb kompüter simulyasiyalarından istifadə edərək , invar effektini təfərrüatlı şəkildə başa düşmək və beləliklə, invardan daha yaxşı termal genişlənmə xüsusiyyətlərinə malik olan sözdə piroxlor maqnitini hazırlamaq mümkün olmuşdur. 400 Kelvindən çox olan son dərəcə geniş temperatur diapazonunda onun uzunluğu yalnız Kelvinə görə 1%-in on mində biri qədər dəyişir. Tədqiqat National Science Review jurnalında dərc olunub .

Termal genişlənmə və onun antaqonisti

Vyana Elmi Klasterindən (VSC) Dr Sergii Xmelevskyi izah edir: “Materialda temperatur nə qədər yüksək olarsa, atomlar bir o qədər çox hərəkət etməyə meyllidir və atomlar daha çox hərəkət etdikdə, daha çox yerə ehtiyac duyurlar. Aralarındakı orta məsafə artır”. TU Wien Araşdırma Mərkəzi. “Bu təsir istilik genişlənməsinin əsasını təşkil edir və qarşısı alına bilməz. Lakin başqa, kompensasiya effekti ilə demək olar ki, tam balanslaşdırılmış materiallar istehsal etmək mümkündür.”

Doktor Xmelevski və komandası maqnit materiallarının atom səviyyəsində sonlu temperaturda davranışını təhlil etmək üçün istifadə edilə bilən mürəkkəb kompüter simulyasiyalarını işləyib hazırlayıblar. Doktor Xmelevski deyir: “Bu, bizə invarın genişlənməməsinin səbəbini daha yaxşı anlamağa imkan verdi”. “Effekt, temperatur yüksəldikcə müəyyən elektronların vəziyyətini dəyişməsi ilə bağlıdır. Materialda maqnit nizamı azalaraq materialın büzülməsinə səbəb olur. Bu təsir demək olar ki, adi istilik genişlənməsini ləğv edir.”

Artıq məlum idi ki, materialdakı maqnit nizamı invar effektindən məsuldur. Ancaq yalnız Vyanadan gələn kompüter simulyasiyaları ilə bu prosesin təfərrüatlarını o qədər dəqiq başa düşmək mümkün oldu ki, digər materiallar üçün proqnozlar vermək mümkün oldu. Doktor Xmelevski deyir: “İlk dəfə olaraq, itən istilik genişlənməsi ilə yeni materialların inkişafı üçün konkret proqnozlar verə bilən nəzəriyyə mövcuddur”.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1738661912&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-metal-alloy-thermal-expansion-extremely.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTYwIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiXV0sMF0.&dt=1738661912729&bpp=1&bdt=83&idt=163&shv=r20250130&mjsv=m202501280101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738661644%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738661644%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738661644%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=2672097183835&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2358&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95349947%2C31090073%2C31090148%2C95347432&oid=2&pvsid=2155766322972851&tmod=1116721762&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=167

Kaqome təyyarələri ilə piroxlor maqnit

Bu proqnozları praktikada yoxlamaq üçün Dr. Khmelevskyi Prof. Xianran Xing və Ass-ın eksperimental komandası ilə birlikdə çalışdı. Pekin Elm və Texnologiya Universitetinin Bərk Cism Kimyası İnstitutundan Prof. Yili Cao. Bu əməkdaşlığın nəticəsi indi təqdim olundu: Piroxlor maqniti.

Yalnız iki müxtəlif metaldan ibarət olan əvvəlki invar ərintilərindən fərqli olaraq, piroxlor maqnit dörd komponentə malikdir: sirkonium, niobium, dəmir və kobalt. “Bu, görünməmiş dərəcədə geniş bir temperatur diapazonunda olduqca aşağı istilik genişlənmə əmsalı olan bir materialdır” dedi Cao.

Bu əlamətdar temperatur davranışı, piroxlor maqnitinin həmişə eyni şəkildə təkrarlanan mükəmməl bir qəfəs quruluşuna malik olmaması ilə əlaqədardır. Materialın tərkibi hər nöqtədə eyni deyil, heterojendir. Bəzi ərazilərdə bir az daha çox, bəzilərində bir az daha az kobalt var.

Hər iki alt sistem temperatur dəyişikliklərinə fərqli reaksiya verir. Bu, material tərkibinin təfərrüatlarını nöqtə-nöqtə balanslaşdırmağa imkan verir ki, ümumi temperaturun genişlənməsi demək olar ki, tam olaraq sıfıra bərabər olsun.

Material yüksək temperatur dəyişkənliyi olan tətbiqlərdə və ya aviasiya, aerokosmik və ya yüksək dəqiqlikli elektron komponentlər kimi dəqiq ölçmə texnikalarında xüsusi maraq doğura bilər.

Daha çox məlumat: Yanming Sun et al, Yerli kimyəvi heterojenlik qeyri-stoixiometrik piroxlor maqnitlərində üstün sıfır istilik genişlənməsini təmin etdi, Milli Elm İcmalı (2024). DOI: 10.1093/nsr/nwae462

Vyana Texnologiya Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir