为什么钨酸锆能“热缩冷胀”

大多数材料随着温度的改变有热胀冷缩现象，然而，一些材料却表现出相反的性质—热缩冷胀，这些表现为热缩冷胀的材料统称为负热膨胀材料，ZrW₂O₈是一种在很大温度范围内具有较大的各向同性负膨胀系数的材料。它既可以单独使用制成薄膜，也可以与常规热膨胀材料配比制成可精确控制热膨胀系数的复合材料。

那么，钨酸锆为什么能“热缩冷胀”，说法有很多，一般的负热膨胀机理有：桥氧原子横向热振动收缩机理、多面体的旋转耦合机理、相转变机理、均相变化、阳离子的迁移和低温变化机理，以上机理中，被普遍认可的钨酸锆“热缩冷胀”的原因为多面体的旋转耦合机理。

钨酸锆“热缩冷胀”的原因是由于钨酸锆自身的结定的。ZrW₂O₈结构属于立方晶系，该化合物可以看成是由配位八面体 金属—氧原子-金属（M—O—M）中氧原子的横向热运动：假如M-O键很强，在受热时键长和键角几乎不会发生畸变，氧原子的振动将会垂直于两个金属原子的连线，ZrO₆八面体与WO₄四面体通过氧原子共顶角连接，组成具有高度伸缩性的骨架结构，多面体中Zr-O键和W-O键的结合力很强，它们组成的八面体和四面体本身也不易变形，但是ZrO₆八面体和WO₄四面体之间的键合力却较小，两种多面体之间容易发生耦合转动。随着温度升高，氧原子的横向振动不断加剧，使共顶角的ZrO₆和WO₄多面体发生耦合转动，结果使非键合的Zr和之间距离减小，从而体积不断收缩，导致“冷胀热缩”的负热膨胀效应。

综上所述，钨酸锆“热缩冷胀”的主要原因应该是它的立方晶体结构，这也是为什么在制造钨酸锆复合材料或钨酸锆复合薄膜材料时，科学家会一直强调钨酸锆原材料是 “立方晶体系”的原因。

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