負熱膨脹〈Thermal Expansion〉的應用與相關材料

負熱膨脹（Thermal Expansion）的應用與相關材料
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

負熱膨脹材料（Negative Thermal Expansion ，NTE)是一種物理化學的過程，當物體與多數物體受熱膨脹的變化不同，該物質遇熱體積反而收縮；具有這種不同性質的物體應用在a potential engineering, photonic, electronic, and structural applications. 例如，如果將NTE的物質與一般物體混合，將使該混合物變成零膨脹係數或近零膨脹係數的複合材料。

NTE的應用
若能控制材料的熱膨脹性質，這將會有許多具有潛力的應用，因為熱膨脹在工程與生活中造成許多問題。例如，牙醫補牙的材料遇熱（如喝熱水）的膨脹狀況與牙齒有相當大的差異，這將導致牙痛。如果補牙的材料是由許多不同材料（包括正熱膨脹與負熱膨脹係數）構成的複合物，則整體材料的膨脹程度將可與牙齒完全相同，即可避免不適的狀況出現。

NTE的材料
目前廣為研究的NTE材料為Cubic Zirconium Tungstate (ZrW2O8)，這種物質在2到1050k都呈現各項負膨脹的特性；具有相同特性的材料包括AM₂O₈， ZrV₂O₇. A₂(MO₄)₃ 等等。另外，石英與沸石在特定的溫度範圍中也呈現負熱膨脹，事實上，並非所有具有負熱膨脹特性者都是奇特的物質，我們所熟悉的冰塊在極低溫時（攝氏零下200度），也有同樣的特性；水在攝氏3.98度時也是負熱膨脹。

參考資料
Negative thermal expansion. http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_thermal_expansion