Dilatació tèrmica negativa

La dilatació tèrmica negativa és un procés físic-químic en el que alguns materials es contrauen en ser calfats, al contrari de lo que fan la majoria de les substàncies. Estos materials tenen una àmplia gama d'aplicacions potencials en ingenieria, fotònica, electrònica, i en usos estructurals. Per eixemple, mesclant un material de expansió tèrmica negativa en un material "normal" que s'expandixca en calfar-ho, seria possible fer un material compost d'expansió zero.

Orige de la dilatació tèrmica negativa

Hi ha certs processos físics que poden causar la contracció d'un material en temperatures creixents, incloent els modos de vibració travessera, els modos d'unitat rígida i les transicions de fase.

Recentment, Liu i uns atres han demostrat que este fenomen s'origina a partir de l'existència de pressió alta, fases de volum chicotet en entropía elevada, i en les seues configuracions presents en la matriu de fase estable a través de fluctuacions tèrmiques.

Expansió tèrmica negativa

L'expansió tèrmica negativa s'observa normalment en substàncies les molècules de les quals estan dispostes en sistemes cuasi-cristalizados en interaccions direccionals (com el gèl o el grafeno) i en composts complexos (com Cu₂O, ZrW₂O₈, beta-cuarzo, algunes zeolita, etc.). Aixina i tot, en un artícul s'ha expost que la dilatació tèrmica negativa (DTN) també es presenta en components en estructures empaquetades compactes en interaccions d'un parell de forces central. S'ha propost la següent condició suficient (relativa a l'aument de potencial) dels materials en comportament (DTN):

${\Pi }^{‴}(a)>0,$

a on $\Pi$ és el parell interatómico potencial, i $a$ és la distància d'equilibri. Esta condició és:

• (i) Necessària i suficient en una dimensió.
• (ii) Suficient, pero no necessària en dos i tres dimensions.

Una condició aproximadament necessària i suficient es deduïx en l'artícul

${\Pi }^{‴}(a)a>-(d-1){\Pi }^{″}(a),$

a on $d$ és la dimensió espacial. Aixina, en 2D i 3D la dilatació tèrmica negativa en sistemes cuasi-cristalizados en interaccions de parell es dona inclús quan la tercera derivada del potencial és zero o inclús negativa. Deu notar-se que els casos unidimensionals i multidimensionales són cualitativamente diferents. En 1D, l'expansió tèrmica està constreñida solament per la desarmonía del potencial interatómico. Per lo tant, el signe del coeficient d'expansió tèrmica està determinat pel signe de la tercera derivada del potencial. En el cas multidimensional, la geometria no-llineal està també present, i les vibracions de la malla de molècules són no-llineals inclús en el cas de potencial interatómico harmònic. Esta no-linealidad contribuïx a l'expansió tèrmica. Per lo tant, en cas multidimensional, tant ${\Pi }^{″}$ com ${\Pi }^{‴}$ intervenen com a condicions per a que es verifique la dilatació tèrmica negativa.