A2M3O12型负热膨胀材料的研究
海底双层保温管热膨胀分析
。
为环 形 区域设 计压 力 ， Ｐ。６ 为外 管所 受外 部压 力 。
（）摩擦 力 引起 的应变 ３ 外管 与海 床 土壤 之 间存在 摩擦 力 ，阻碍 着管 道 沿轴 向 的应变 ，这 个应 变是 被动 的 。 土壤对 外管摩 擦 阻抗应 变 ：
过渡长度 ，并分别推导 出管道的热膨胀位移 以 内外管轴向力 的计算公 式，编制计算程序 ，并将计算结果与 及
商用软件计算结果 对比。通过算例计算表 明，该理论方法计算的结果 与商用软件 Ｄ ＩＥ计算结果吻合 ，可 以 ＰＰ 为工程 中双层保温管热膨胀分析提供理论依据
关
键
词 ：热膨胀；应变；过渡长度
０ 引 言
我 国近海 生产 的原 油多 具有高 粘度 、高 凝 固点及 高含蜡 的特 点，必 须在较 高温 度下输 送 。为 了减
少运 输 过程 中的温 降 ， 防止 因原 油冷 凝等 引起 的各种操 作 问题 ， 设 的海 底管 线一般 都采 用保温 结构 。 铺 在渤 海 海域 ， 般采 用双 重钢 管保温 结 构 。对单 层保温 管 热膨胀 分 析 已 比较 成熟 ，而 国内外从 理论上 一
５ 卷 增 刊 Ｏ ２０ ０ ９年 Ｉ １月
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文 章 编 号 ： １０ —８ ２２ ０ ）．４ ６０ ０４ ８（０ ９Ｓ０ ３ －６ ０
2算例分析24则温度应变得25262728293031以某油田一混输管线为例管道总长26km膨胀弯与管道连接端长度为lom管道弹性模量为207x105mpa泊松比为03热钢材揪7850kgm3热膨胀系数为12x105oc内管外径为02191m壁厚00127m外管外径为03239m壁厚为00127m内管设计压力为85mpa内外管之间环型区域压力近似为0设计水深为376m海水密度为1025kgm3管道埋深为045m土壤纵向摩擦系数为02土壤侧向应力系数为045内管温差为528812外管温差为9992介质密度为820州土壤附加重度为83588kgms
负热膨胀材料的研究及应用
负热膨胀材料的研究及应用王献立;付林杰;许坤【摘要】综述了近年来发现的负热膨胀材料的种类及负热膨胀机理,着重介绍正负膨胀材料的复合,制备可控膨胀、低膨胀、近零膨胀材料及其应用前景.【期刊名称】《信息记录材料》【年(卷),期】2018(019)012【总页数】2页(P38-39)【关键词】负热膨胀;热缩机理;研究进展【作者】王献立;付林杰;许坤【作者单位】郑州航空工业管理学院物理实验中心河南郑州 450046;郑州航空工业管理学院物理实验中心河南郑州 450046;郑州航空工业管理学院物理实验中心河南郑州 450046【正文语种】中文【中图分类】TQ0161 引言绝大多数材料具有热胀冷缩的性质，但是材料的热胀冷缩会加速机器部件老化、使用性能下降、甚至接触面分离，脱落。
近几年材料类另一分支负热膨胀材料（Negative thermalexpansion materials，简称NTEM）[1-2]逐渐受到大家关注，它是指在一定的温度范围随温度的变化反常膨胀的一类化合物。
通过膨胀系数异性的材料的掺杂复合，制备出热膨胀系数可控或膨胀系数接近零的材料。
长久以来，探索和制备新的膨胀系数低、近零、甚至负膨胀化合物材料一直受到国内外研究团队的重视。
热膨胀系数具有可调节性，利用不同膨胀性能的材料，通过固相烧结法，可以制备出膨胀系数较低或接近零膨胀系数的材料，进而可以最大限度的减少材料在高温产生的内应力，增加材料的抗热冲击的强度。
2 负热膨胀材料的分类大多数负膨胀材料都是氧化物类的，根据含氧个数可分为：（1）氧 1系列：H2O，Cu2O[3]，Ag2O；（2）氧2系列：CuScO2，SiO2-TiO2玻璃；（3）氧3系列：钙钛矿结构[4]，如BiTiO3，PbTiO3，Pb（Mg1/3Nb2/3）O3和 Pb（Zn1/3Nb2/3）O3；（4）氧4系列：AlPO4，FePO4以及热液沸石[5-6]；（5）氧5系列：NbVO5，TaVO5；（6）氧6系列：SrCo2O6；（7）氧7系列：AM2O7（A=Zr，Hf，Si，Th，U等；M=P，V，As)在AM2O7系列负热膨胀中，A4+离子可以是Zr，Hf，Th，U，Sn，Ti等，M由V，P或V1-PX的组合构成；（8）氧 8系列：AM2O8（A=Zr，Hf；M=W，Mo）[7]；（9）氧12系列：NZP（NaZr2P3O12），NaTi2P3O12，A2(MO4)3(A=Y，Al，Sc等；M=W，Mo)[8]；（10）氧24系列：CTP(CaTiP6O24)，CaZr4P6O24；其他还有M(CN)2(M=Zn，Cd)系列，Mn3AX(A=Ga，Al，Cu，Zn，In，Sn等；X=C，N)，R2Fe17-xMxX(M=Cr，Mn，Si，Al等；X=B，C，N，H等)等。
碳纤维复合材料 负的热膨胀系数的优点
碳纤维复合材料负的热膨胀系数的优点1. 引言1.1 介绍碳纤维复合材料碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂等基质材料混合而成的新型复合材料，具有轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀等优点。
碳纤维是一种具有优异力学性能的纤维材料，其比强度和刚度都远高于传统的金属材料。
树脂在碳纤维复合材料中起到粘结作用，使碳纤维之间能够协同工作，形成整体性能更为优越的复合材料结构。
碳纤维复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材、建筑工程等领域，成为现代工程材料中的重要组成部分。
随着科技的进步，碳纤维复合材料的研究和应用越来越深入，不断推动着各行业的创新发展。
在未来的发展中，碳纤维复合材料将继续发挥重要作用，为人类社会的进步做出更大贡献。
1.2 热膨胀系数的概念热膨胀系数是物体随温度变化而引起尺寸变化的一个物理量。
一般来说，温度升高时，物体将膨胀；温度下降时，物体将收缩。
热膨胀系数是反映物体热膨胀性质的重要参数，通常用α来表示。
热膨胀系数的单位是℃-1，表示每度温度升高时物体在长度、面积或体积方向上的增加量。
在热膨胀系数为负的情况下，这意味着当温度升高时，物体不会膨胀，反而会收缩。
这种特殊的性质在某些特定的应用领域中具有重要的意义，尤其是在高精度、高稳定性要求的工程和科学领域中。
通过利用具有负热膨胀系数的材料，可以有效地抵消其他材料在温度变化过程中所引起的热膨胀问题，从而提高系统的稳定性和精度。
这也为碳纤维复合材料在一些特殊场合下的应用提供了新的可能性。
【这段内容共193字】2. 正文2.1 碳纤维复合材料的优势1. 高强度与低密度：碳纤维具有非常高的强度和刚度，是钢铁的几倍甚至几十倍，同时它的密度很低，比铝轻，这就使碳纤维成为一种理想的轻量化材料。
2. 良好的耐腐蚀性：碳纤维具有良好的抗腐蚀性能，可以在恶劣的工作环境下长期使用而不会受到腐蚀的影响。
3. 优异的疲劳性能：碳纤维具有很好的疲劳寿命，不容易断裂，能够在长时间内保持稳定的性能。
A2M3O12型负热膨胀材料的研究
负热膨胀系数材料的研究现状与展望1华祝元，刘佳琪，严学华（江苏大学材料科学与工程学院镇江212013）摘要：本文从负热膨胀材料的发展概况、负热膨胀产生机理、负热膨胀材料分类出发，着重介绍了化学通式为A2M3O12的负热膨胀材料。
通过几种A2M3O12型负热膨胀材料的性质、制备方法和晶体结构的归纳和总结，对这一系列的负热膨胀材料未来研究方向进行了展望。
关键字:热膨胀；A2M3O12；制备方法Negative Thermal Expansion Material A2M3O12Hua Zhu-yuan,LIU Jia-qi,YAN Xue-hua(School of Materials science and engineering,Jiangsu University,Zhengjiang 212013,China) Abstract：Negative thermal expansion materials A2M3O12was mainly introduced based on the development situation of the negative thermal expansion materials ,the mechanism of the negative thermal expansion ,as well as its divisions .Summarize the properties, preparation processing and the crystal structures of several A2M3O12 materials .Finally ,the future point of this kind of material was propounded．.Key words: Negative thermal expansion; A2M3O12; preparation methods由晶格热振动的非谐效应产生的“热胀冷缩”性质已成为人们普遍接受的自然属性之一，但在自然界中也存在一些较为少见“热缩冷胀”的反常现象，由此，通过人工合成并存在负热膨胀特性的材料成为目前研究的热点之一。
研究材料热膨胀系数现状
研究材料热膨胀系数现状热膨胀系数现状材料研究材料热膨胀系数大全常用材料的热膨胀系数篇一:导热填料研究现状及进展-各种填料分析介绍导热填料研究现状及进展导热填料的技术研究现状导热绝缘材料的研究进展(1)无机非金属导热绝缘材料通常金属(如Au、Ag、Cu、Al、Mg等)均具有较高的导热性，但均为导体，无法用作绝缘材料，而部分无机非金属材料，如金属氧化物Al2O3、MgO、ZnO、NiO，金属氮化物AlN、Si3N4、BN，以及SiC陶瓷等既具有高导热性，同时也具有优良的绝缘性能、力学性能、耐高温性能、耐化学腐蚀性能等，因此被广泛用作电机、电器、微电子领域中的高散热界面材料及封装材料等。
陶瓷封装具有耐热性好、不易产生裂纹、热冲击后不产生损伤、机械强度高、热膨胀系数小、电绝缘性能高、热导率高、高频特性、化学稳定性高、气密性好等优点，适用于航空航天、军事工程所要求的高可靠、高频、耐高温、气密性1强的产品封装。
由于陶瓷材料所具有的良好的综合性能，使其广泛用于混合集成电路和多芯片模组。
在要求高密封的场合，可选用陶瓷封装。
国外的陶瓷封装材料以日本居首，日本占据了美国陶瓷封装市场的90%,95%，并且占美国国防(军品)陶瓷封装市场的95%,98%。
传统的陶瓷封装材料是Al2O3陶瓷，具有良好的绝缘性、化学稳定性和力学性能，掺杂某些物质可满足特殊封装的要求，且价格低廉，是目前主要的陶瓷封装材料。
SiC的热导率很高，是Al2O3的十几倍，热膨胀系数也低于Al2O3和AlN，但是SiC的介电常数过高，所以仅适用于密度较低的封装。
AlN陶瓷是被国内外专家最为看好的封装材料，具有与SiC相接近的高热导率，热膨胀系数低于Al2O3，断裂强度大于Al2O3，维氏硬度是Al2O3的一半，与Al2O3相比，AlN的低密度可使重量降低20%，因此，AlN封装材料引起国内外封装界越来越广泛的重视。
(2)聚合物基导热绝缘材料由于聚合物材料具有优良的电气绝缘性能、耐腐蚀性能、力学性能、易加工性能等，人们逐步用聚合物材料代替传统的电气绝缘材料，但大多数聚合物材料的热导率很低，无法直接用作导热材料，需要通过加入导热性物质，使其成为导热绝缘材料。
负热膨胀材料—材料科学的新领域
负热膨胀材料—材料科学的新领域摘要负热膨胀材料是热缩冷胀的一类材料，与通常的热胀冷缩的材料热膨胀性能相反。
负热膨胀材料主要用于减少由温度变化引起的热应力，然而负热膨胀材料仍然没有广泛应用，存在着诸多问题亟待解决。
关键词负热膨胀材料；热应力；相变；吸水性0 引言负热膨胀（NTE）材料是指在一定温度范围内的平均线膨胀系数或体膨胀系数为负值的一类材料，与通常的热胀冷缩的材料具有相反的热学性质。
由于科学好奇心的驱动，更重要的是能够应用于制备可控热膨胀及零膨胀材料，减少因温度较大或较快变化时产生的热应力，NTE材料越来越受到科学工作者和工程技术人员的广泛关注。
诸如航空航天方面（航天器的天线和天线支架材料等）、光学器件方面（望远镜、激光通信、光纤通信系统等）、力学器件方面(分析天平、精密时钟) 等高新技术领域，利用低热膨胀系数材料或零膨胀系数材料，可以大大的提高器件的抗热冲击性能。
利用NTE材料制备可控膨胀及零膨胀材料，既可以采用单一材料调节组分，又可采用复合材料的方式。
目前所发现的NTE材料种类还较少，研究涉及的主要包括以下系列：1）ABO3系列（A：二价或四价阳离子，如Pb/Bi；B：四价或二价离子，如Ti/Ni等）；2）A VO5系列（A：五价阳离子，如Nb、Ta）；3）AM2O7系列（A：四价阳离子，如Zr、Hf等；M：V、P等）；4）AM2O8系列（A：四价阳离子，如Zr、Hf等；M：W、Mo等）；5）A2M3O12系列（A：三价阳离子，如Y、Al、Fe、Cr；M：W、Mo）；A2P2MO12系列（A：Zr、Hf；M：W、Mo）；AZr4P6O24系列（A：Ca、Sr、Ba）；6）磁性化合物系列：Mn3XN系列（X：Zn、Ga、Cu）；FeM系列（M：Ni、Mn等）；7）氰化物系列：A（CN）2（A：Zn、Cd）；8）氟化物系列：AFx（A：Zn，Sc；x：2，3）。
1 国内外研究现状国外主要是以Sleight研究小组为代表。
负热膨胀材料研究进展
负热膨胀材料研究进展
蔡方硕 １， ２，黄荣进 １， ２，李来风 １
１． 中国科学院理化技术研究所，北京 １００１９０ ２． 中国科学院研究生院，北京 １０００４９
摘要 概述负热膨胀材料的发展历程及近年的主要研究成果，介绍负热膨胀的微观机理，分析几种典型负热膨胀材料的特点，展望
在一些具有层状网络结构或管状网络结构的晶体中，键
长、键角受温度影响而变化的程度不一样。例如，随着温度升 高，晶体在水平方向上键长变长，而在竖直方向上由于离子 与离子之间的相互作用键长没有变化，从而引起层与层的距 离减小，在该方向出现负热膨胀现象。如图 ２ 所示，当温度升 高时，ａ０，ｃ０ 都发生了变化，其中 ａ＞ａ０、ｃ＜ｃ０，即材料在 ａ 方向上 发生正膨胀，在 ｃ 方向上发生负膨胀。
科技导报 ２００８，２６（１２） ８５
综述文章（Ｒｅ ｖｉｅ ｗｓ ）
胀性能。锂霞石（ＬｉＡｌＳｉＯ４）的负热膨胀现象可用这种机理来解 释。Ｓｌｅｉｇｈｔ 等［１３］通过计算机模拟表明，随着温度降低，ＬｉＡｌＳｉＯ４ 晶体中一些原本占据着四面体空隙的锂离子迁移到八面体 空隙中，从而引发负热膨胀。 ３．３ 网络结构的晶体键长膨胀引起的负热膨胀
ＣＡＩ Ｆａｎｇｓｈｕｏ１，２， ＨＵＡＮＧ Ｒｏｎｇｊｉｎ１，２， ＬＩ Ｌａｉｆｅｎｇ１
１． Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９０， Ｃｈｉｎａ
２． Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９， Ｃｈｉｎａ
a2m3o12系列负热膨胀材料的吸水性、相变和光学性能研究
摘要摘要自从ZrW2O8的负热膨胀特性被报道以来，对于负热膨胀材料研究逐渐成为材料领域的一个研究热点。
研究者寄希望于通过负热膨胀材料来解决现代技术器件中由于热膨胀系数不匹配带来的问题。
随着研究的不断开展，具有负热膨胀特性的材料逐渐被发现。
在具有框架结构的负热膨胀材料中，A2M3O12系列材料是结构最稳定，被广泛研究的一类材料。
但是，有两大因素限制了A2M3O12系列材料的应用，即吸水性和相变。
针对这两个问题，本论文从主要以Y2Mo3O12和In2Mo3O12为代表，分别对其吸水性和相变进行了研究。
另外，我们设计合成了两个新型的具有发光性能的优异的负热膨胀材料：HfScW2PO12和HfScMo2VO12。
这两种新型负热膨胀材料发光性能稳定，在很宽的温度范围内没有相变，且无吸水性能。
本论文的主要结果和创新点如下：1. 研究Y2Mo3O12的吸水性，调控Y2Mo3O12的热膨胀系数利用原子力显微镜研究不同温度下Y2Mo3O12陶瓷表面晶粒形貌，利用扫描电镜研究Y2-x(LiMg)x Mo3O12随(LiMg)3+取代量的增大陶瓷晶粒形貌的变化。
发现原子力显微镜可作为定性研究陶瓷材料热膨胀性质的有效工具，能够观察陶瓷表面单个晶粒的形状和大小以及整体形貌随温度的变化，还可以根据晶粒形貌的变化判断晶粒热膨胀的各向异性。
通过(LiMg)3+双离子组合部分取代Y3+离子，可以改变陶瓷的晶粒形貌，有效的降低了Y2Mo3O12的吸水性，同时膨胀系数也得到了调控。
2. 调控In2Mo3O12的相变温度，实现近零热膨胀利用(HfMg)6+和(ZrMg)6+离子部分取代In2Mo3O12中的In3+离子，通过增加In3+的取代量，可以有效降低In2Mo3O12的相变温度。
通过比较发现相比(ZrMg)6+，(HfMg)6+可以更有效的降低In2Mo3O12的相变温度，在In2(1-x)(HfMg)x Mo3O12固溶体中，当x≥0.85时，相变温即可降至室温以下，且热膨胀为近零膨胀。
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负热膨胀系数材料的研究现状与展望1华祝元，刘佳琪，严学华（江苏大学材料科学与工程学院镇江 212013）摘要：本文从负热膨胀材料的发展概况、负热膨胀产生机理、负热膨胀材料分类出发，着重介绍了化学通式为A2M3O12的负热膨胀材料。
通过几种A2M3O12型负热膨胀材料的性质、制备方法和晶体结构的归纳和总结，对这一系列的负热膨胀材料未来研究方向进行了展望。
关键字:热膨胀；A2M3O12；制备方法Negative Thermal Expansion Material A2M3O12Hua Zhu-yuan,LIU Jia-qi,YAN Xue-hua(School of Materials science and engineering,Jiangsu University,Zhengjiang 212013,China) Abstract：Negative thermal expansion materials A2M3O12was mainly introduced based on the development situation of the negative thermal expansion materials ,the mechanism of the negative thermal expansion ,as well as its divisions .Summarize the properties, preparation processing and the crystal structures of several A2M3O12 materials .Finally ,the future point of this kind of material was propounded．.Key words: Negative thermal expansion; A2M3O12; preparation methods由晶格热振动的非谐效应产生的“热胀冷缩”性质已成为人们普遍接受的自然属性之一，但在自然界中也存在一些较为少见“热缩冷胀”的反常现象，由此，通过人工合成并存在负热膨胀特性的材料成为目前研究的热点之一。
随着科技的发展，人们希望制备出更多具有低的膨胀系数或者零膨胀系数的材料，而通过研究负热膨胀（NTE）材料，并使这种材料与一般的正热膨胀材料复合，从而使复合材料的热膨胀系数可控，甚至为零，成为可能。
这种复合材料可以最大限度的减少高温材料的内应力，增加材料的抗热冲击强度，可广泛应用于航空航天、光电子精密仪器制造等领域。
负热膨胀指材料体积随温度升高而缩小，随温度降低而变大，与常规材料的热胀冷缩现象相反。
而负热膨胀材料是指在一定的温度范围内其线膨胀系数（αT）或体膨胀系数（βT）为负值。
1发展概况1935年，Büssem等发现β-方石英的热膨胀系数很小；并于1975年由Wright等研究者进一步通过实验证实。
1951年，Hummel研究发现β-锂霞石晶体呈现出负的体积膨胀。
由此人们开始意识到，可以制备出在一定温度范围内体积稳定的零膨胀材料。
经过科学家们的不断研究，相继生产出一系列低热膨胀玻璃陶瓷等材料。
但所发现的负热膨胀材料由于存在响应温度远离室温、响应温度范围太窄或负膨胀系数受温度影响太大等因素，应用受到限制。
进入20世纪90年代，负热膨胀材料的研究得到进一步发展。
1995年，美国俄勒冈州2010年月日收到初稿；2010年月日收到修改稿。
基金项目：国家自然科学基金（50772044）；教育部高等学校博士点基金(200802990001)；江苏省自然基金（BK2008224）；江苏省高校自然科学重大基础研究（09KJA430001）和江苏省青蓝工程资助项目。
作者简介：华祝元硕士主要从事负热膨胀材料的研究。
立大学（Oregon State University）的Sleight研究发现ZrV2-x P x O7系列的负热膨胀材料均表现为各向同性的负热膨胀行为，而且其中有些材料的负热膨胀的温度范围宽度可达到950℃。
1996年，Mary和Sleight等人利用氧化物前驱物和高温淬火方法制备出了稳定的ZrW2O8，并研究发现ZrW2O8在温度范围0.3K到1050K内都表现出负热膨胀现象[1]。
该项研究被1997年美国“发现”（Discover）杂志评为1996年100 项重大发现之一。
1997年，Sleight 研究组研究发现了以A2M3O12为化学通式的钨酸盐和钼酸盐系列的负热膨胀材料和以AV2O7为化学通式的钒酸盐系列的负热膨胀材料。
1998年，美国亚特兰大佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的Cora等研制出了具有负热膨胀性能的立方ZrMo2O8。
1999年，英国圣·安德鲁斯大学的Woodcock David等人又研究发现了菱沸石的负热膨胀性能。
进入21世纪，负热膨胀材料进一步成为材料研究的热点。
2005年，日本理化研究所发现反钙钛矿结构的锰氮化物，通过改变组成元素能得到可控热膨胀的材料，其膨胀率甚至可以调节为零[2-3]。
目前，该课题组正在对材料的组成和制备方法进行优化研究，并将应用于精密光学和精密机械部件的制造。
2负热膨胀机理影响材料热膨胀系数的因素有很多，如：材料中的含水量、冷却速度和晶胞体积等。
因而材料具有负热膨胀性能的机理也很多，主要有五种机理。
2.1相转变机理对于一些材料，温度的变化会引起材料结构发生相变，进一步会引起晶体的某些参数及结构的对称性发生变化。
一些由规则多面体组成的化合物，其多面体结构会随着相变而产生畸变，多面体的对称性降低，晶胞体积变小，从而引起负热膨胀效应[4]。
如钙钛矿型结构的材料，在铁电体相变点前后，晶胞参数随温度升高而减小；PbTiO3晶体在763K发生铁电-压电相转变，随温度升高，Ti-O键键长缩短，总体上引起晶胞体积减小[5]；ZrO2随着温度升高发生从单斜到四方的转变，平均原子间距变短，呈现出负热膨胀现象。
2.2离子迁移在某些材料的晶体结构中，同时存在着体积大小不等的四面体和八面体空隙。
低温时，四面体空隙被阳离子占据，而空位在八面体空隙形成。
随着温度的升高，八面体空隙不断扩张，阳离子由四面体空隙迁移到八面体空隙，从而导致晶胞参数发生变化，最终使材料在宏观上呈现出负热膨胀。
如β-锂霞石，温度升高时，在a、b 轴方向表现为膨胀，而在c轴方向表现为收缩；随温度降低，β-锂霞石的锂离子从四面体迁移到八面体空隙中，引起负热膨胀。
2.3桥原子的低能横向热振动[6]原子的横向热运动可以在不同的方向引起不同的热膨胀（正的热膨胀和负的热膨胀）,如图1所示，在桥氧结构中，温度升高使热振动加剧。
氧原子的纵向振动引起正的热膨胀，而横向振动导致负热膨胀，使得材料的晶体结构总体上表现为体积缩小。
在较低温度下，由于桥原子的横向热振动的能量较纵向低，因此称为低能横向热振动。
图1 桥氧原子的低能横向热振动Fig.1 Low energy transverse vibration of a two-coordinate bridging atom也可以利用Grüneisen关系式说明桥氧原子低能横向热振动模型。
桥氧原子的横向热振动类似于“吉他弦”，随着产生负热膨胀的横向热振动的激活，“吉他弦”随之波动，使得材料体积减小，产生负热膨胀。
具有硅石变体类结构和硅酸盐结构的负热膨胀系数化合物，以及具有很小热膨胀系数的玻璃和橡胶等无定形物质，都可用这种模型解释。
2.4刚性多面体的旋转耦合模型一些具有由四面体和八面体共用角顶连接形成骨架结构的材料在高温时显示出负热膨胀效应。
当桥氧键中的桥氧原子发生横向热振动时，多面体之间易于发生旋转耦合，又由于M---O键较强，相对O---O间距短，使得单个多面体不生畸变面体，这些多面体为刚性体。
温度升高时，刚性多面体相互之间耦合旋转，使得多面体中心的金属原子之间的距离缩短，引起总体体积减小，如图2所示。
ZrV2O7，ZrW2O8，Sc2W3O12等负热膨胀材料都可以用这种运动模型解释。
图2 刚性多面体的耦合旋转示意图Fig.2 Octahedra tilting back and forth to give thermal contraction2.5其他机理从热力学角度考虑，体热膨胀系数与热压缩系数和固体内压之间存在关系，固体材料的内压随温度的升高而增加时，会引起体积收缩。
在复合材料中，由于各相的热膨胀系数存在差异，受热时会引起相界面的弯曲，可能会导致材料总体上产生热收缩。
而一些具有层状网络结构的晶体中，键长、键角受温度影响不同，因而温度升高时，可能会引起某一方向收缩，如磷酸锆钠（NaZr2P3O12）[7-8]。
3负热膨胀材料的种类3.1按照材料负热膨胀性能分类按照材料负热膨胀性能的不同可以分为各向异性负热膨胀材料和各向同性负热膨胀材料。
3.1.1各向异性负热膨胀材料各向异性负热膨胀材料是随温度的升高内部晶体沿一个或某两个轴收缩，而沿其他轴膨胀，最终使材料在整体上呈现负热膨胀。
这类材料的负膨胀系数不大，温度范围较窄，易产生微裂纹，从而降低整体强度。
根据结构不同可以分为这几个系列：白榴石结构系列、β-锂霞石结构、堇青石系列、钙钛矿系列。
3.1.2各向同性负热膨胀材料各向同性负热膨胀材料是随温度的升高，晶体在a，b，c轴向上都收缩，并且收缩系数相同。
目前已知的负热膨胀系数的各向同性的化合物只有两种：焦磷酸盐结构和焦钨酸盐结构。
另一些负热膨胀系数的各向同性的物质是例如橡胶一类的无定形材料和玻璃材料。
具体可以分为四类：焦磷酸盐结构、焦钨酸盐结构、SiO2-TiO2玻璃、因瓦合金。
3.2按化学通式分类对现已发现的负热膨胀材料进行分类，可大致分为：AM2O7系列、AM2O8系列、A2M3O12系列、M(CN)2系列、A2O系列AO2系列、AMO5系列。
AM2O7系列负热膨胀材料属NaCl型立方结构，A4+离子可以是Zr，Hf，Th，U，Sn，Ti等，M由V，P或V1-x P x的组合构成。
典型材料是ZrV2O7。
AM2O8型负热膨胀材料具有各向同性的膨胀性质，属立方结构，目前仅有三种化合物，ZrW2O8，HfW2O8和ZrW2-x Mo x O8 ，其中研究最多的是ZrW2O8 。
A2M3O12型负热膨胀材料具有各向异性的负热膨胀，且室温下具有很强的吸水性，只有当结晶水被释放后才表现出负热膨胀性质。
A3+可以是Al3+、Sc3+、Lu3+、Y3+及其离子组合，M是W或Mo。
其代表材料有Sc2W3O12和Y2W3O12。