為什麼鎢酸鋯能“熱縮冷脹”

大多數材料隨著溫度的改變有熱脹冷縮現象，然而，一些材料卻表現出相反的性質—熱縮冷脹，這些表現為熱縮冷脹的材料統稱為負熱膨脹材料，ZrW₂O₈是一種在很大溫度範圍內具有較大的各向同性負膨脹係數的材料。它既可以單獨使用製成薄膜，也可以與常規熱膨脹材料配比製成可精確控制熱膨脹係數的複合材料。

那麼，鎢酸鋯為什麼能“熱縮冷脹”，說法有很多，一般的負熱膨脹機理有：橋氧原子橫向熱振動收縮機理、多面體的旋轉耦合機理、相轉變機理、均相變化、陽離子的遷移和低溫變化機理，以上機理中，被普遍認可的鎢酸鋯“熱縮冷脹”的原因為多面體的旋轉耦合機理。

鎢酸鋯“熱縮冷脹”的原因是由於鎢酸鋯自身的結定的。ZrW₂O₈結構屬於立方晶系，該化合物可以看成是由配位元八面體 金屬—氧原子-金屬（M—O—M）中氧原子的橫向熱運動：假如M-O鍵很強，在受熱時鍵長和鍵角幾乎不會發生畸變，氧原子的振動將會垂直於兩個金屬原子的連線，ZrO₆八面體與WO₄四面體通過氧原子共頂角連接，組成具有高度伸縮性的骨架結構，多面體中Zr-O鍵和W-O鍵的結合力很強，它們組成的八面體和四面體本身也不易變形，但是ZrO₆八面體和WO₄四面體之間的鍵合力卻較小，兩種多面體之間容易發生耦合轉動。隨著溫度升高，氧原子的橫向振動不斷加劇，使共頂角的ZrO₆和WO₄多面體發生耦合轉動，結果使非鍵合的Zr和之間距離減小，從而體積不斷收縮，導致“冷脹熱縮”的負熱膨脹效應。

綜上所述，鎢酸鋯“熱縮冷脹”的主要原因應該是它的立方晶體結構，這也是為什麼在製造鎢酸鋯複合材料或鎢酸鋯複合薄膜材料時，科學家會一直強調鎢酸鋯原材料是 “立方晶體系”的原因。

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