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

Når dette materiale varmes op, bliver dets rumfang mindre - selv om det udelukkende består af dele, som udvider sig, når temperaturen øges. Illustration: Massachusetts Institute of Technology

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.

Såkaldte anti-kirale strukturer kan trække sammen ved opvarmning og udvide sig under afkøling. Illustration: ACS Applied Materials & Interfaces

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.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

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...

  • 14
  • 1

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.

  • 1
  • 1

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.

  • 3
  • 2

lidt mere informationer om præcist, hvor og ,hvordan det skal bruges. Deformationer af materialer anvendt i computerchips - men det mangler ligesom lidt kød.

  • 1
  • 0

Det er derfor isklumper ligger øverst i et glas vand ... og at havisen ikke synker til bunds.

Æh nej.

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.

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).

  • 3
  • 1

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).

Ja vand har den største densitet ved 4 grader, men det bare intet med dette udsagn at gøre:

"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).

  • 3
  • 2

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 :)

  • 0
  • 0

for opførte vand sig "normalt" ville havet fryse nedefra og så ville der ikke være havis på overfladen før det hele var frosset til ...

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.

  • 0
  • 0

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.

  • 1
  • 0

... 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.

  • 0
  • 0

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.

  • 0
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten