Her er materialet, der skrumper, når det bliver varmet op


Materialer udvider sig, når de bliver varmet op. Det er børnelærdom og passer også meget godt i virkeligheden.
Der kendes kun meget få naturligt forekommende materialer, som eksempelvis zirkonium tungstat ZrW2O8, der har en negativ termisk udvidelseskoefficient.
Nu har en række forskere fra amerikanske universiteter fremstillet et materiale opbygget af elastiske polymerer og kobber, der samlet set har en negativ udvidelseskoefficient. Det nye sammensatte materiale eller metamateriale er beskrevet i en artikel i Physical Review Letters
Materialet skrumper kun 0,6 pct., når det opvarmes fra stuetemperatur til 282 grader celsius. Det kan synes af lidt, men det afgørende er rent faktisk, at materialet ikke udvider sig, for termisk udvidelse kan være et problem ved mange anvendelser.
Forskerne peger selv på, at materialer, der ikke udvider sig, kan være af interesse for computerchips, som kan bøjes og deformeres, når de opvarmes gennem længere tid.
Også i mange andre situationer er termisk udvidelse af materialer et stort problem, men det det vil nok kræve en del videreudvikling for at bringe omkostningerne ned. Det vil være nødvendigt, hvis sådanne metamaterialer skal finde anvendelse i større mængder.
Det er ikke kun amerikanerne, der fører sig frem på dette felt.
Kinesiske forskere har også for nylig udviklet et metamateriale med negativ termisk udvidelseskoeffecient, som de har beskrevet i en artikel i ACS Applied Materials & Interfaces.
Massachusetts Institute of Technology har produceret denne video, der viser, hvordan det nye materiale fremstilles og opfører sig under temperaturforandringer. Det er specielt den nye fremstillingsteknologi, der forskningsmæssigt er det mest interessante.
- emailE-mail
- linkKopier link

Fortsæt din læsning
- Sortér efter chevron_right
- Trådet debat
Sjovt nok synes jeg at rigtigt mange diskussioner her på Ingeniøren falder ud på den her måde, hvor det mere er artiklens ord end dens indhold, der diskuteres. Det er da muligvis legitimt nok, men personligt finder jeg det ganske irriterende og uinteressant.
... denne intensive diskussion om hvorvidt der er tale om et materiale eller ej.
Et metamateriale er vel lige så meget et materiale, som metadata er data.
Men ok, det er da legitimt, at finde artiklens sprog mere interessant end artiklens indhold.
Ingenting - men der er forskel på vand og is, da is' massefylde/densitet er ca. 0,92, som følge af den ændrede tilstandsform.Øhh, hvad er forskellen på massefylde og densitet?
Og ja, som du selv siger, vand adskiller sig på den måde fra de fleste andre stoffer.
Men lad os bare blive ved flydende vand ved almindeligt atmosfæretryk. Fra 0 C og op til 4 C stiger densiteten/massefylden med temperaturstigningen.
Overgangen mellem fast til flydende form 'plejer' at betyde, at den faste form har en højere densitet/massefylde, men som du så rigtigt påpeger, så gælder dette ikke for vand. Derved adskiller vand sig fra de fleste andre stoffer.
@Christian Nobel
Ja vand har den største densitet ved 4 grader, men det bare intet med dette udsagn at gøre:</p>
<p>"Det er derfor isklumper ligger øverst i et glas vand"</p>
<p>al den stund at grunden til isen ligger øverst uagtet vandets densitet, er at den har en lavere massefylde (grundet tilstandsformen).
Øhh, hvad er forskellen på massefylde og densitet?
Det er en interessant tanke, men er det rigtigt? I og med at is har en lavere massefylde end vand vil is dannet ved havbunden flyde op til overfladen. Spørgsmålet er hvor isdannelsen ville ske hvis vand opførste sig "normalt". På den ene side ville koldt vand falde mod bunden, på den anden side er det ved overfladen at vandet afgiver varme til luften.for opførte vand sig "normalt" ville havet fryse nedefra og så ville der ikke være havis på overfladen før det hele var frosset til ...
I dette tilfælde er det en mekanisk bevægelse i en åben struktur, forårsaget af en ændring af de enkelte understruktures facon, der resulterer i den negative temperaturudvidelseskoefficient af den samlede struktur.
Så derfor har jeg meget svært ved at se det som et materiale.
Jeg kan sagtens følge det argument, og "materiale" er heller ikke det første jeg tænker på når jeg ser den flotte julestjerne de har produceret.
Men som Adam også skriver lidt senere, er det nok blot et spørgsmål om enhedstørrelser: Hvis man 3D printer et stål-molekyle stort nok, vil det også kunne fremstå som en åben struktur :)
Ja vand har den største densitet ved 4 grader, men det bare intet med dette udsagn at gøre
Nej, men det har noget med den anden halvdel af udsagnet (havisen) at gøre ... for opførte vand sig "normalt" ville havet fryse nedefra og så ville der ikke være havis på overfladen før det hele var frosset til ...
Grundstoffet W hedder wolfram på dansk (Tungsten er engelsk).
Det ved jeg godt Steen, men jeg kunne ikke nogen steder finde betegnelsen zirknoniumwolframat på dansk (jeg kun kun finde det på tysk), så derfor lod jeg mig nøje med det engelske udtryk.
Ja vand har den største densitet ved 4 grader, men det bare intet med dette udsagn at gøre:Hvilket på ingen måde strider med det Rolf skrev. Du skriver at is har en massefylde < 1 g*cm^-3, og Rolf skriver at vand (antageligt inkl. alle tilstandsformer) har den højeste densitet ved 4 grader (og standardtryk, nu hvor intet andet er nævnt).
"Det er derfor isklumper ligger øverst i et glas vand"
al den stund at grunden til isen ligger øverst uagtet vandets densitet, er at den har en lavere massefylde (grundet tilstandsformen).
Varm det op til 900C og du vil se at det er skrumpet til en lille pøl af "meta materiale".
Hvad er din pointe? Ved at nedbryde strukturen ødelægger du jo materialets egenskab til at skrumpe og udvide sig.
'Materialet' fremstår som en ensartet masse. Flamingo er så heller ikke et materiale?
Flamingo er ensartet på samme måde som metaller er ensartede; hver polystyren perle kan sammenlignes med metalkorn. Ergo er det i artiklen omtalte også et materiale, selvom det nok er nemmest at acceptere med tilpas små enhedsceller. :-)
</p>
<blockquote>
<p>Det er derfor isklumper ligger øverst i et glas vand ... og at havisen ikke synker til bunds.</p>
</blockquote>
<p>Æh nej.</p>
<p>Det er fordi vand kan ændre tilstand ved to forskellige temperaturer, til damp ved 100 grader C og til is ved 0 grader C.</p>
<p>Is' massefylde ligger på ca. 0,92, derfor vil det flyde ovenpå.
Hvilket på ingen måde strider med det Rolf skrev. Du skriver at is har en massefylde < 1 g*cm^-3, og Rolf skriver at vand (antageligt inkl. alle tilstandsformer) har den højeste densitet ved 4 grader (og standardtryk, nu hvor intet andet er nævnt).
...har i de sidste ca 30 år kendt til et produkt som går under navnet "KrympFlex", et rør af fleksibel plastmateriale som krymper når det varmes op.
Det essentielle er her, at krympeflex ikke returnerer til sin oprindelige form når det igen bliver afkølet.
Grundstoffet W hedder wolfram på dansk (Tungsten er engelsk).
Med venlig hilsen - Steen Ahrenkiel.
Kan H2O ikke også være i tilstand "Plasma" ?
Det var dagens femøre !
Bravo
...har i de sidste ca 30 år kendt til et produkt som går under navnet "KrympFlex", et rør af fleksibel plastmateriale som krymper når det varmes op.
lidt mere informationer om præcist, hvor og ,hvordan det skal bruges. Deformationer af materialer anvendt i computerchips - men det mangler ligesom lidt kød.
Hvis trykket er lavt nok, så ikke ret meget - men det er vel ikke den situation du tænker på.Men hvad er vands massefylde ved 0 grader?
Men hvad er vands massefylde ved 0 grader?
Æh nej.Det er derfor isklumper ligger øverst i et glas vand ... og at havisen ikke synker til bunds.
Det er fordi vand kan ændre tilstand ved to forskellige temperaturer, til damp ved 100 grader C og til is ved 0 grader C.
Is' massefylde ligger på ca. 0,92, derfor vil det flyde ovenpå.
Så vidt jeg husker, så er ganske almindeligt vand (H2O) tættest ved +4 C. Det er derfor isklumper ligger øverst i et glas vand ... og at havisen ikke synker til bunds.
'Materialet' fremstår som en ensartet masse. Flamingo er så heller ikke et materiale?
Det er korrekt, at legeringer ofte optræder som en krystallinsk struktur, men altid som en massiv masse.
I dette tilfælde er det en mekanisk bevægelse i en åben struktur, forårsaget af en ændring af de enkelte understruktures facon, der resulterer i den negative temperaturudvidelseskoefficient af den samlede struktur.
Så derfor har jeg meget svært ved at se det som et materiale.
Men f.eks. aramid har negativ varmeudviddelseskoefficient uden brug af (makro) struktur.
Det er ikke et materiale, som skrumper, det er en struktur,
Og der er pokker til forskel.
Men er ethvert materiale netop ikke en struktur?
Alm. konstruktionsstål er f.eks. en krystallisk struktur af jern, kulstof, mangan, silicium & kobber. men vel derfor stadig et materiale.
Varm det op til 900C og du vil se at det er skrumpet til en lille pøl af "meta materiale".
Og der er pokker til forskel.
Derudover er der ikke meget nyt i det her, udover repetitionen af den enkelte struktur - og brugen af 3D printer.
Min Farfar havde et flot væg-pendul-ur, hvor pendulet var ophængt en konstruktion bestående af to zinkstænger og to stålstænger, der ved temperaturændringer udvidede sig hver sin vej.
Ved at flytte samlingspunkterne for for de to materialer, kunne både positiv og negativ temperaturudvidelse for den samlede konstruktion opnås (og dermed også nul udvidelse)
Fuldkommengørelsen af denne konstruktion kan i øvrigt nydes i Jens Olsen's verdensur.
Så med tilstrækkelig mange af Farfars urstænger i miniatureudførelse, har vi nu pludselig et metamateriale.
Altså i følge MIT...