简易热气球的制作和演示

我们知道,一般的气球是充以密度比空气小得多的气体,从而使气球所受的浮力大于自身重力而升空的。而热气球充的却是热空气,它不是密封的,在它的下部开了很大的口子,悬吊着可控制的喷火装置。当往气球中喷火时气球内部的空气温度升高而膨胀,内部空气密度变小,整个气球变轻,当总重力小于浮力时气球则上升。停止喷火时,由于热传递使气球内空气温度下降而收缩,密度增大,总重力变大。当气球重力大于或等于浮力时则下降。     

相变调控、磁热效应和反常热膨胀

相变作为广泛存在于自然界中的一种现象很早就受到了广泛的关注,并且已经被应用于相变制冷、相变存储、相变储能和负热膨胀等领域中.基于磁热、电热和机械热效应不断发展起来的固态制冷技术具有环保、高效、低噪声和易小型化等优点,被视为替代汽压缩制冷的新型制冷技术.其中,磁热效应是研究历史最悠久的一种.然而,单磁场驱动磁热效应的诸多不足限制了其固态制冷应用,如热效应幅度不够高、滞后损耗大、制冷温跨窄等,因此多场调控和多卡效应应运而生.本文主要介绍笔者团队近期开展的多场调控磁热效应、以及磁热材料的反常热膨胀行为的研究.     

CO_2激光烧结合成负热膨胀材料Sc_2(MO_4)_3(M=W,Mo)及其拉曼光谱

用CO2激光烧结合成了负热膨胀材料Sc2(WO4)3和Sc2(MoO4)3.实验表明,激光合成负热膨胀材料Sc2(WO4)3和Sc2(MoO4)3属于快速合成技术,合成一个样品的时间仅需几秒到十几秒,具有快速凝固的特征;X射线衍射和拉曼光谱分析表明,所合成的材料为正交相结构,且具有较高的纯度;变温拉曼光谱分析表明,所合成的材料在室温以上没有相变,但可能有微弱的吸水性;在对Sc2O3,Mo O3,WO3,Sc2(MoO4)3和Sc2(WO4)3拉曼光谱分析的基础上,给出了激光光子能量及原料和合成产物的声子能级图,分析了激光烧结合成的机理.激光光子能量转化为激发声子的能量是光热转化的主要通道,原料在熔池中反应并快速凝固形成最终产物.     

神奇的材料家族——负热膨胀材料

<正>1.什么是负热膨胀材料?爱因斯坦曾说过这样的话:人只有两种生活方式,一种是认为所有的东西都是奇迹,另一种是认为所有的东西都不是奇迹。我们生活的这个地球,如果你仔细观察一下就会发现他是那样的适合于我们人类生存,有太多东西司空见惯以至于都不去思考了。比如自然界的水,它在0~4℃是自然界罕见的"热缩冷胀"。因此,冬天江河与湖泊结冰,都是从上面开始,而湖底的水温保持在4℃,这样就保证了鱼类不会被冻死,从而避免了生物的     

High Solubility of Hetero-Valence Ion （Cu^2＋） for Reducing Phase Transition and Thermal Expansion of ZrV1.6P0.4O7

Large thermal expansion at room temperature and high phase transition temperature of ZrV2O7 limit its practical applications and are reduced by the high solubility of hetero-valence ion （Cu^2＋） on the basis of an equal-valence substitution of P^5＋ for V^5＋. The temperature-dependent Raman spectra show that Zr0.9CU0.1V1.6P0.4O6.9 maintains a normal parent cubic structure till 173 K and transforms to a 3 × 3 × 3 cubic superstructure below 173K. Temperature dependent x-ray diffraction patterns of Zr0.9CU0.1V1.6P0.4O6.9 show near zero and negative thermal expansion. High solubility of lower valence Cu^2＋ relates to an equal-valence substitution of smaller pH for P^5＋, which extends the bond angle of V（P）-O-V in ZrV1.6P0.4O7 close to 180°. The change of microstructure is considered to be responsible for reduced phase transition temperature and thermal expansion.     

1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯晶体热膨胀各向异性的模拟研究

对新型钝感高能炸药组分1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）,考察并选择了适用的分子力场和超晶胞初始构型,通过303K-378K温度范围在NPT系综下的分子动力学模拟（MD）,得到常压下各温度的FOX-7晶体平衡构型,发现随温度升高晶体内分子的取向和堆积方式不变;通过线性拟合求算出线膨胀系数,发现αb明显较大而αc与αa接近但不相等;接着采用密度泛函理论(DFT)方法随各向棱长膨胀的能量变化进行了模拟计算,发现得到的能量变化成各向异性并与各向热膨胀系数相关,从而建立FOX-7晶体特定分子堆积模式与热膨胀各向异性的关联。     

Phase transition and thermal expansion property of Cr_(2-x)Zr_(0.5x)Mg_(0.5x)Mo_3O_(12) solid solution

Compounds with the formula Cr2-xZr0.5xMg0.5xMo3O12（x = 0.0, 0.3, 0.5, 0.9, 1.3, 1.5, 1.7, 1.9） are synthesized, and the effects of Zr4＋ and Mg2＋ co-incorporation on the phase transition, thermal expansion, and Raman mode are investigated. It is found that Cr2-xZr0.5xMg0.5xMo3O12 crystallize into monoclinic structures for x 〈 1.3 and orthorhombic structures for x _〉 1.5 at room temperature. The phase transition temperature from a monoclinic to an orthorhombic structure of Cr2Mo3O12 can be reduced by the partial substitution of （ZrMg）6＋ for Cr3＋. The overall linear thermal expansion coefficient decreases with the increase of the （ZrMg）6＋ content in an orthorhombic structure sample. The co-incorporation of Zr4＋ and Mg2＋ in the lattice results in the occurrence of new Raman modes and the hardening of the symmetric vibrational modes, which are attributed to the MoO4 tetrahedra sharing comers with ZrO6/MgO6 octahedra and to the strengthening of Mo-O bonds due to less electronegativities of Zr4＋ and Mg2＋ than Cr3＋, respectively.     

河南安阳殷墟出土陶水管与陶器的对比研究

采用X射线荧光（XRF）、X射线衍射（XRD）、热膨胀（DIL）等分析手段对比研究了安阳商代陶水管的制作工艺，发现陶水管化学成分中各类熔剂的质量分数均略高于对比陶片中熔剂的质量分数，CaO、K2O、MgO等助熔剂与Al2O3的质量比进一步证实该现象，而这种差异性则外在地表现为陶水管的气孔度低于对比陶片以及陶水管热膨胀曲线中出现玻璃化现象，该结果表明陶水管原料应为一种易熔粘土，或者在沉淀粘土中人为地掺和了草木灰类掺和料，这有利于陶水管烧制与成型，有助于熔剂在熔融状态下，较好地进入陶水管中的空隙，使陶水管变得更加致密，一定程度上有利于防止陶水管的渗水，显示出陶水管制作工艺的特殊性。此外重烧曲线表明陶水管的烧成温度较高，基本已达1000℃。     

Tb2Fe15.5Cr1.5化合物的本征磁致伸缩

通过x射线衍射及磁测量手段研究了Tb2 Fe1 5 5Cr1 5化合物的热膨胀性质及本征磁致伸缩性质 .研究结果表明Tb2 Fe1 5 5Cr1 5化合物在 2 93— 6 72K的温度范围内具有六角相的Th2 Ni1 7型结构 .在 4 32— 5 2 2K的温度范围内具有负热膨胀性质 ,其平均热膨胀系数 α =- 1 5 7× 10 - 5 K .对本征磁致伸缩的研究结果表明Tb2 Fe1 5 5Cr1 5化合物中存在着较强的各向异性的本征磁致伸缩 ,2 93K时其本征体磁致伸缩约为 8. 4× 10 - 3,晶格畸变主要发生在c轴方向上 .磁测量研究结果表明Tb2 Fe1 5 5Cr1 5化合物的居里温度约为 4 94K ,比其母合金Tb2 Fe1 7高约 80K .     

水反常热膨胀特性的简易实验

通过改变带细玻璃管的烧瓶中水的温度导致水位变化来粗略演示水的收缩情况.为较准确测定水最大密度时的温度,将2个温度计放在水下较浅处和较深处,分别测量当温度经由4℃升高时和由4℃降低时两温度计的示数,进而验证水的反常热膨胀特性.