热胀冷缩的科学原理篇1
关键词：热胀冷缩；应用；发展前景
中图分类号：G63文献标识码：a文章编号：1673-9132（2017）01-0236-02
Doi：10.16657/ki.issn1673-9132.2017.01.144
物理中的热胀冷缩，是物体的一种基本性质，大多数物体都有这种性质，在遇热后膨胀，在遇冷后缩小。那么，物体为什么会有这样的性质呢？科学技术高速发展，对这个原理的研究不断深入。
科学研究表明：物体受热时，物体的分子动能增强，分子变得活跃，所以表现为膨胀；物体受冷时，物体的分子动能减弱，分子受到抑制，所以表现为冷缩。由于受到物体内部分子的复杂性影响，这种热胀冷缩的性质也有例外。例如，水在4℃以上会热胀冷缩，而在4℃以下就会冷胀热缩，这是因为水中的氢键在4℃以下时会随着水温的下降而增多，所以水在4℃以下就会呈现出膨胀的状态。除了水，还有锑、铋、镓和青铜等物质，也会有这种不同于大多数物质的特性。
再继续研究下去，为什么物体温度发生变化时，物体分子的动能就要受到影响并发生相应的变化呢？于是，科学进一步发现，是原子内部的一种加速运动，促成了物体的这种热胀冷缩的性质。当原子受热后，原子核的自旋和外层电子的公转就会相应地受到温度的激发，就会引起原子内部的离心力和电场力的相应变化，于是核内的质子和中子以及核外的电子就会呈现出粒子运动的加速状态。这种状态体现在物质的表面，就是热胀冷缩这种自然现象。
科学研究的目的是为了实际生活中的应用，或者反过来说，实际生活中的多种实践活动也促进了科学研究的进步。
一、热胀冷缩在日常生活中的基本运用
例如，日常生活中剥鸡蛋这样一件小事，人们就应用了热胀冷缩的原理。鸡蛋刚刚煮好的时候，如果急于剥壳，蛋壳上就会粘连着很多蛋白。这个时候，如果把刚出锅的热鸡蛋放到冷水里浸一下，再剥蛋壳就容易得多了。
这里面的道理很简单，就是蛋壳和蛋白是由不同的物质组成的，不同的物质内部当然有不同的原子，不同原子受到温度激发后内部的加速运动也是不同的，所以热胀冷缩的速度和幅度也是不同的。一般情况下：密度大的物质伸缩性小，密度小的物质伸缩性大；传热慢的物质不易伸缩，传热快的物质容易伸缩。因为蛋壳与蛋白的伸缩步调不一致，就造成了蛋壳与蛋白的分离。
在生活中，这样利用热胀冷缩的现象很常见。如小学生用开水烫圆被挤凹的乒乓球，就是一个非常有趣的例子。
二、热胀冷缩在工业生产实践中的重要影响
在人们的生产生活实践中，热胀冷缩对工业影响最大。比如，铺设火车的轨道，在两截铁轨之间，要留出热胀冷缩的接缝。再如，如果一种产品是由两种材料混合生产而成，就要考虑这两种材料的热胀冷缩性质，一般情况下是越接近越好。
热膨胀系数是各种材料主要性能指标中的一个重要参数，如金属材料的热膨胀系数、混凝土的热膨胀系数等。在生产和施工中，都要充分考虑这一因素以保证产品和工程的质量。例如，在建筑行业中，混凝土的热膨胀系数直接关系着工程的质量。
举例来讲，现在的建筑大多是钢筋混凝土结构。在这种结构中，钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受压力，不仅比钢结构节省钢材以及成本相对较低，而且具有坚固、耐久的特点，更重要的是还具有防火性能好的优点。一旦遭遇火灾，因为钢筋和混凝土的热膨胀系数不同，钢筋急剧膨胀就会挣脱混凝土，使混凝土和钢筋彻底分离，从而使建筑物彻底损毁。如在震惊世界的911事件中，美国世贸大楼双子座的损毁就是一个很好的例子。但是，普通的火灾一般没有恐怖袭击中那么高能的热源，所以热膨胀系数低的混凝土作为不良导热体，就会保护里面的钢筋不会立即受到高温的威胁。这样，在无形之中就增强了建筑物内部所有钢筋互相作用支撑的时间，增强了建筑物承受火灾的能力，也为消防员的营救争取了宝贵的时间。
三、热胀冷缩在现代高科技时代的发展前景
在现今的高科技时代，物体热胀冷缩这一性能，正在呈现出高科技的新态势。科学技术的高度发展，像微电子这样高科技和结合信息产业的核心技术，给自动化带来了跨时代的改变。一方面对材料的热膨胀性能提出了更高的要求，另一方面对热膨胀的利用也不断出现新的突破，并呈现出更加广阔的发展趋势。
（一）新的高科技材料为航空航天的发展提供了重要的保证
航空航天的发展，最先对工业材料发起了挑战，像卫星整流罩、太阳能电池阵基板这一类的高科技产品，必然对材料科学提出更高的要求。航空航天领域的材料，不但要求耐腐蚀、耐高温、耐辐射，而且要求密度小、刚性好、强度高、尺寸稳定。针对这些高科技的需要，先进复合材料得到了大幅度的发展。通过石墨纤维与树脂的复合，可以得到热膨胀系数几乎等于零的材料。可以说，这是人类对热胀冷缩这一物理性能的挑战，通过科学彻底改变了物体的性能。
（二）新的自动化装置将帮助人们解决更多的实际问题
微电子技术的高速发展，也促进了电器元件的开发和创新。比如，有些电器元件由两种热膨胀系数相差很大的材料构成，然后利用热胀冷缩的原理，通过热膨胀系数大的材料的弯曲变形，达到在某种条件下自动连接的目的。正是应用热胀冷缩这种性能，制成了多种自动化装置和仪表。日光灯的启动器就是根据这一原理制成的。启动器里有精巧的双金属片，它们能够随着温度的改变自动屈伸，开启日光灯。
（三）随着科学技术的不断发展物体的热膨胀性能将发挥更大的作用
可以设想一下，人类既然能够通过材料复合使材料的热膨胀系数基本上等于零，那么也就可以说，人类的科学手段已经能够掌握对热膨胀系数的控制。因此，展望未来，人类很有可能通过控制热膨胀系数，制造出更多自动化的装置和设备，人类社会的现代化大大地向前推进。
马克思说过：“科学就是实验的科学，科学就在于用理性的方法去整理感性的材料。”物理作为一门实用科学，它要求人们既忠于现实需要，又忠于科学规律。世界发展到今天，人类已经创造了很多惊人的奇迹，如克隆技术、网络技术、核能技术、航天技术等，科学正在以前所未有的速度向前发展。从亚里士多德创立自然科学，到牛顿在力学上的重大推进，再到现代物理学中量子力学的产生，都体现了物理学在人类生活的各个领域的重要作用。同样，热胀冷缩这一物体最基本的性能，也将在科学发展中不断被研究、开发和利用。
参考文献：
热胀冷缩的科学原理篇2
关键词:电子膨胀阀；空调；膨胀器；能效评价
中图分类号:tU831 文献标识码:a 文章编号:1009-2374(2011)24-0039-02
一、各国新节能法的实施推动膨胀阀的发展
2005年，我国出台了(GBl2021.32004)《房间空调能效限定值及能效等级》国家标准，将能效比分为五个等级，从一级到五级的能效比分别为3.4、3.2、3.0、2.8、2.6(制冷量~4500w)。新国标的强制执行意味着能效比低于2.6的空调将退出市场竞争。2010年(GBl2021.32010)《房间空调能效限定值及能效等级》将原五个等级调整为三个等级，从一级到三级的能效比分别为3.6、3.4、3.2，入门等级由2.6提高到3.2，6月1日新标准开始实施，低能效产品将被禁止生产，这将会对空调企业带来一场技术革命。
在国际上，欧洲、美国、日本都出台了相关法规，特别是日本，从2007年的制冷、制热平均Cop3.19提高到2010年的apF值4.2，挂壁式冷暖型自由尺寸空调的apF值更是达到6.o以上(制冷量≤4000w)。为此，日本空调企业为适应新的节能法要求，从2010年起，原采用毛细管节流的低价机全数改为使用电子膨胀阀。
在美国，空调的季节能效比(SeeR)从2002年10Btu/wh提高到2006年13Btu/wh，目标发展到20Btu/wh。美国能效标准提高，当前的做法有:
1.基于目前基本采用非变排量压缩机，所以主要通过将毛细管改为热力膨胀阀，并通过减小管路损失和提高两器换热效率来实现。
2.为达到更高的能效比，如20SeeR，正在引进变频技术，即实施直流变频压缩机+电子膨胀阀+微通道全铝换热器的技术方案，这是未来美国空调技术发展的主流。
为达到新能效标准的要求，国内通常有两种做法:第一种做法:定速机，采用高能效的压缩机+增大两器的面积来实现；第二种做法:采用变频技术，即直流变频压缩机+电子膨胀阀。显然，第一种做法是增加原材料消耗以达到空调节能的目的，不但浪费铜、铝等重要资源，而且原材料的冶炼需要消耗大量的能源，是不可取的。第二种做法，实际上就是现在日本国的做法，也是他们的成功经验，通过技术进步，达到节能节材的目的，这符合中央提出的可持续发展观和科学发展观。
二、空调系统膨胀器的发展
(一)膨胀器的发展历史(日本)
三种膨胀器的发展历史概况如下:
热力膨胀阀(内平衡)一毛细管一热力膨胀阀(外平衡)一电子膨胀阀。
1950年空调的主流为窗机、高级机种采用热力膨胀阀(内平衡)、低价机种则用毛细管。随着空调普及价格竞争日渐激烈、便宜的毛细管逐渐替代了热力膨胀阀。
1980年推出变频空调时，热力膨胀阀再次使用，但已经由内平衡式变更为性能更优的外平衡式热力膨胀阀。变频空调是通过改变空调的负荷，按比例控制制冷(制热)能力的，因此需要大范围的控制冷媒流量、热力膨胀阀就作为比例控制阀使用。之后，日本变频空调出货比例逐年上升，现在定频空调已经在日本市场上销声匿迹。在此过程中，随着能控制冷媒流量的电子膨胀阀的开发成功，原来的热力膨胀阀逐渐转向为电子膨胀阀。另一方面，上述家用空调的变化历史同样也是商用空调的变化历史。
(二)膨胀器的选择背景
1.选用膨胀器，要根据其商品的性能、规格来确定。大致有表1所述的两点要素。
2.流量控制范围:需要考虑的因素包括:压缩机可否变速；可用负荷的变动(温湿度变化)大小。变速压缩机表现为:定频空调一般是用流量控制范围狭窄的毛细管；采用变频等其他变速器时则一般使用热力膨胀阀、电子膨胀阀。
3.成本方面:高级机种比低价型更具备电子控制膨胀阀所需的空间。并且，驱动电子膨胀阀所需的Dc电源和微型计算机在变频空调一类机器内也已具备(原用于控制压缩机)，所以采用电子膨胀阀轻而易举，反之的机型成本增加就更大了。
(三)膨胀器的性能比较
各类膨胀器的性能比较为表2所示:
1.毛细管:一般小型装置中使用的毛细管出口达到临界流动状态，因此，制冷剂的流量主要取决于毛细管入口处的压力和过冷度，受蒸发压力的影响很小，它不能控制蒸发器出口的过热度，也不适应于负荷变动大的装置。
2.热力膨胀阀:热力膨胀阀以蒸发器出口过热度为控制信号，对制冷剂流量进行比例型反溃调节。由于蒸发器具有热容量、制冷剂从蒸发器入口到出口的流动和状态变化需要时间、感温包具有热容量、传压毛细管的压力传递以及机械动作等一系列的时间滞后，使流量调节对过热度的响应滞后。因而，制冷装置在启动和负荷突变时，被调参数将发生周期性振荡。此外，受温包内感温介质压力温度特性的制约，在低蒸发温度时，热力膨胀阀控制的过热度增大，蒸发温度不稳定，制冷系统效率下降。
3.电子膨胀阀:采用电子膨胀阀的过热度调节系统，其时间滞后比热力膨胀阀小。控制电子膨胀阀动作的调节规律由程序给出，因此具有很大的灵活性，可以考虑各种影响因素按具体要求制定调节规律，获得良好调节品质。除了能精确地控制蒸发器出口过热度外，还可以通过指定的调节程序将电子膨胀阀的控制功能扩展。例如，利用电子膨胀阀进行热泵除霜控制，压缩机排气温度控制和压缩机启、停控制。
毛细管自我控制作用较强，除了几个定点与理想线重合以外，其他区间的下降幅度较大，不只性能问题，高功率区域的过热、低功率区域的回液等，仍存在着许多问题。热力膨胀阀虽然一定程度的功率范围已接近理想线、但由于无法避免温度与压力应答的位相偏移所导致的猎振现象，因此全程都有损耗。与它相比，电子膨胀阀则达到了较为理想的控制。但是要实现必须要有一定的控制技衍(软件)，而这也是各空调厂商的最大技术机密。
(四)能效评价方法的动向
评价家用空调的能效比有额定时的成绩系数(Cop)和全年能耗率apF:annualperformanceFactor)。日本在2006年9月制订了新能标准，以制冷制热的平均Cop评价，从2010年起，评价全部过渡至新准apF值。apF与以往的Cop差异最大的地方在于:Cop的评价点为点(固定)，apF则为其中最小能力(最小能力不实测)的三点来进行评的。要在这种评价中得到好成绩，必须要进行大范围的能力控制，以及随之而来的流量控制，也就是说变频压缩机+比例控制阀(电子膨胀阀)是必不可少的。
国内采用额定制冷状态下的Cop评价，并未评价制热状态下的Cop这对热泵空调来说是不科学的，难怪现有空调要么制热效果不好，要么采用电辅助加热，而日本产空调在-15℃的低温下，其Cop已达到3.0以上。
由此可见，能效评价方法不可避免的越来越苛刻，apF值评价法在不久的将来也必然在国内采用，以中国为首的定速机主流化的世界各国，向变频压缩机+比例控制阀的方式转化的趋势已成必然。
参考文献
[1]江明旒，王如竹，吴静怡，郭俊杰.电子膨胀阀的应用领域及关键技术[J]制冷与空调，2009，(1).
[2]张川，马善伟，陈江平，陈芝久，陈文勇.电子膨胀阀节流机构流量特性的实验研究[J].上海交通大学学报，2006，(2).
热胀冷缩的科学原理篇3
2010年6月1日星期二晴
我的手肘前几天出了不少血，几天后就干了。昨天晚上，我用热水洗澡后来到床上，发现我受伤的部位竟然扩大了！我很惊讶，像遇到什么奇怪的事一样。
忽然，我想起了科学书上写的“热胀冷缩”，或许，就是这个原因？为了证实这个问题，我先不管它。过了一会儿，我再看受伤的地方，扩大的地方缩小了！我好高兴，因为，我第一次见到“热胀冷缩”。你看，用热水泡、洗时，就热胀了；而过了一会儿，热没了，冷来了，也就冷缩了。书有个实验：把铜球放到酒精里加热，却不能通环；在水中冷却，又能通环了。你说，这是不是“热胀冷缩”的道理吗？
在生活中遇到困难，可以用“热胀冷缩”的方法去做。通过这次奇妙的实验，让我懂得了：我们要细细地观察身边的小事，把它当作一个实验来研究研究，会让你有所收获。
热胀冷缩的科学原理篇4
关键词：热胀冷缩实验教具制作
中图分类号：G64文献标识码：a文章编号：1007-0745（2013）03-0030-01
1、引言
随着时代的进步和发展，对创新思维的培养越来越受关注。创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。创新能力的培养是素质教育的目标之一，因此对学生创新能力的培养尤为重要[1]，然而培养学生创新能力的途径之一是物理理论与实验相结合的融会贯通。物理学是以实验为基础的，就像其他自然科学领域一样，物理学家的任何新思想正确与否和正确到何种程度均需由实验检验[2]。物理学是一门以实验为基础的学科，实验又是实际联系理论的结合，也是激发创新思维的有效途径。我国的基础教育新课程正在向多层次，多特色的方向发展[3]，无论是中学物理还是大学物理都处在各自的变革中，改革的目标基本一致，都是以人为本，以创新教育为核心，培养学生自主获取知识的能力[4]，即是研究性学习。研究性学习具有开放性、探索性和实践性[5]，课题组自制热胀冷缩实验教具与教育新课标教学特色接轨，便于启迪学生开拓创新。
2、教具设计
2.1教具介绍
教具由塑料管、刻度小棒、铜丝、导线、胶水、酒精、食盐指示灯及外接电源构成，如图1所示。
1.塑料管（盛装液体和导线）；
2.刻度小棒（指示塑料管液体膨胀的高度）；
3.铜丝（将塑料管固定在刻度小棒上）；
4.导线（与塑料管中的液体形成电通路）；
5.酒精（作为膨胀系数较大的标准）；
6.食盐（与酒精混合后形成电解液）；
7.指示灯（当塑料管中的液体膨胀到一定高度后灯发光）；
8.胶水（密封塑料管的两端）；
9.电源（为指示灯提供电压）。
2.2教具演示
首先将制好的教具置于烧杯中，并向烧杯中加入适量的水，之后给予烧杯加热，其次当烧杯中的水达到一定温度后，塑料管中的液体膨胀，使管中的液面上升，升高后的液面与导线相接触，最后指示灯将在外接电源下发光。在此实验中，管中的导线一根在管的底端，另一根在管中的中上部，比静止的液面高，这样当液体膨胀时导线上下相通形成通路。
3、教具在实践中的应用反思
于2012年8月份在贵阳市的一所私立学校中，课题组成员给初三的50名学生上热胀冷缩的实验课，课题组成员便用自制上述教具在课堂上演示给学生看，学生顿时倍感奇趣，想探其究竟。课后调查30名学生，问这节课主要学了些什么？在30名学生中能完全复述该课堂内容的90%左右，可见自制教具的教学更能激发学生的求知欲。在物理学科中理论往往是从实验中总结而来的，或者是通过实验来验证的。演示不仅能让理论联系实际，而且还能激发学生对科学更深层次探索的欲望。自制热胀冷缩教具实验是一个充满遐想的实验，其原理清晰明了，简单易懂。在课堂上，一根带刻度的小棒，一根带指示灯的导线，一段普通的塑料管等，就能勾勒出同学们对实验的无限遐想，充分调动学生的好奇心和求知欲，自制热胀冷缩实验教具使物理课堂更具有趣味性。
参考文献：
[1]李世通.物理学中创新能力的培养[J].技术物理教育学，2012，20（4）：67―70
[2]漆安慎，杜婵英.普通物理学教程力学[m].版本（第二版）.北京：高等教育出版社，2005，（6）：6―7
[3]郑飞.德国中学的物理教育及给我们的启示[J].教海探航，2012（697）：2-3
热胀冷缩的科学原理篇5
关键词：科学实验；科学知识；改进
科学课的课堂教学思路主要是以活动为主，充分体现以学生为主体的课堂教学模式是科学课活动发展的必需。那么，教师在课堂教学中大部分时间是一个引导者，而且活动的课堂如果没有合理的活动设计与有效的引导，我们的课堂就会出现混乱。因为设计的活动有一定的局限性与地域性，在教学的过程中也需要根据各教学因素进行一定的变动。因此，我们要根据实际对科学课的活动进行有效引导。有效的引导在于教师的教学能力与自身素质，在于学生对活动的兴趣与接受能力等，而科学课的活动在于对活动的合理设计与改进，所以，很明显一个合理的活动设计或者活动的改进对良好课堂教学的形成是非常必要的。根据在教学中遇到的问题，我做了以下几方面的探究：
一、化先天不足为后天完善
一切科学都来自实践，都是从科学实验和生产实践中总结发展起来的，小学科学也不例外。现如今配套的学生实验材料袋却存在着一些先天不足，学生实验时缺乏可操作性，那结果就是浪费教师、学生的精力和宝贵的时间，更可怕的是挫伤学生的科学探究积极性。
小学五年级下册《金属热胀冷缩吗》一课的第一个活动：观察金属的热胀冷缩。教材设计是借助一根大头针，通过观察大头针的倾斜来判定钢条的膨胀。但在实际操作中我发现，这一现象根本不明显。
我分析原因有以下几点：（1）30厘米长的钢条在加热过程中要使热量从一端传递到另一端，时间太长。（2）钢条膨胀时是变长变粗的，因为右端有大头针抵住，而左端没有抵住，所以它会选择往左移动，但我们看不到。既然我们要观察的是“热胀”和“冷缩”，但教材中却不能体现出冷缩这一现象，因为大头针一旦倾斜了，自己就很难恢复原位。
改进：用铝条来代替钢条，因为铝条的比热较大，延展性也比钢好，并对实验设计也做了一些修改。因为四年级时学生已经学过电路，并且对灯泡亮起来了这一现象非常感兴趣。抓住这一特点，我想到了是否能通过电路来证明铝条的热胀冷缩。首先把两根铝条的一端弯折，为的是增大接触的几率，再把电路的两端分别接到铝条的弯折部位，最后在两根铝条下分别用酒精灯加热，观察变化。在这个实验过程中，学生可能会因为两根铝条离得太远，而无法观察到现象，不能使灯泡亮起来，我也会请他们分析灯泡不亮的原因，观察铝条之间的距离是否有变化，同样也可以证明铝条的热胀冷缩。
教学的实践过程也是教学方法的探索研究过程，好的实验设计思想有利于学生有效地掌握基础知识和基本方法，培养学生的技能和能力，有利于教材内容的完成。
二、化复杂为简单
人生有一种哲学叫减法：化复杂为简单，化多为少，化粗为精。这句话说得多好啊！在科学的实验里如果我们尝试一下哲学减法，减去空洞、减去迷茫、减去复杂、减去重复……那又会怎样呢？
三年级上册《空气有重量吗》一课，教材上设计是做一个小天平。在一根细木棍上用尺子确定一个中心点，并作上一个记号。再在细木棍中心点的两个侧面按上图钉，拴上细线。在木棍的一侧拴上一个没充气的气球，另一侧拴上笔帽，再提起系在木棍中心点的细绳，想办法使木棍达到平衡。
在实际操作中，我发现此方法甚为麻烦，原因有三：（1）准备一个气球，必须得把气球解下来再吹气，学生很容易打死结，导致气球解不下来或弄破；（2）有些小组为了使现象更明显，会拼命往里面吹气，最后的结果是气球爆了；（3）就算按照教材上的实验完成了，却出现了笔帽重的结果（这其中还有浮力的因素，当然我们无法向学生解释清楚）。
改进：准备一个气球、一个电子秤。先把不吹气的气球在电子秤上称下，吹气后再称下。
《空气的热胀冷缩》一课的实验中，也有精彩出现：一个小塑料袋，里面装有空气（不能装太满），再把塑料袋绑紧，把它放进热水中看它会不会鼓起来，再把它放进冷水里，看它会不会瘪。很容易就能证明空气有热胀冷缩的性质。比起课本上那个用气球、锥形瓶、烧杯的实验器材准备起来更方便，而我们利用日常生活中常见的塑料袋来做这个实验，不仅可以让学生自己带实验材料，还能让学生感知我们学的科学知识就在生活中。
三、化费时为省时
在三年级下册教材测量水的温度一课，要求学生多次测量水的温度，要求学生连续测量10分钟内的水温变化，促使学生能正确使用温度计。
对于三年级的学生，虽然已上了一学期的科学，但由于孩子的天性，他们的自主性比较差，特别是当他们看到桌面上摆着这么多的实验器材，会显得特别兴奋，这时，他们往往会听不到老师的要求和注意点，而只顾自己乱玩，结果导致只有10分钟的实验，他们却做了15分钟，甚至更长时间，打乱了教师的教学进度。
改进：把全班学生分成10个小组，每个小组4人，每人负责看管一个实验，由老师统一负责看时间，教师每隔2分钟的一声“时间到”，比其他的任何言语都管用，这样的10分钟能真正达到高效，并且也大大提高了每个学生的参与性。同样，这种方法还适用于五年级的《时间的测量》。实验同时进行同时停止，学生和老师直观而且准确做出数据，教师省力，学生也很感兴趣，提高了课堂的教学效率。
在六年级的《电磁铁》一课中，在讨论改变线圈缠绕方向可以改变电磁铁的南北极时，一贯的做法是把导线拆开来，再重新
绕过。
这样做费力、费时。课堂的35分钟时间毕竟是有限的，有时我们不可能为学生准备那么多的时间，而学生动作又慢，往往导致零声响了，学生还没完成实验。
热胀冷缩的科学原理篇6
关键词：冷库制冷R134a压缩机热力融霜
1.原食品冷藏库的内部布置及设计
该船食品冷藏库共有三个库，分别是肉库、鱼库、蔬菜库，经实际测量，该船舶冷库各库容积如下：肉库19.67m3；鱼库16.76m3；蔬菜库29.52m3；在肉库和鱼库中装有冷风机，蔬菜库中采用盘管式蒸发器。经查该船建造完工图纸资料，查到了隔热材料的有关数据，该冷库设置一冷藏缓冲间，用于减少船用冷库门开启的耗冷量。
2.计算伙食冷库的制冷量
2.1制冷剂的选用
由于原制冷系统的部分设备老化，管路较为复杂，而且使用的是R12制冷剂，由于世界各个航区的环境保护对船舶冷库运行的要求提高，不能符合环保和节能的要求，本设计系统改用R134a制冷剂，R134a不但具有无毒、无臭、不燃烧、与空气混合不爆炸等优点，其传热性能优于R12，R134a蒸发和冷凝传热系数比Rl2高出25%以上，在换热器表面积不变的条件下，可减少传热温差，减低传热损失，达到节能环保的目的。
2.2库内外温度的确定
室外计算温度取32℃，相对湿度取80%；室内温度选取：肉库间为-19℃，鱼库为-19℃，蔬菜库为+4℃，相对湿度为90%。
2.3库房热负荷的计算
冷库热负荷Q由四部分组成，它们分别是：由于库房内外温差（包括太阳辐射热引起的过余温差）通过围壁的渗入热量，简称渗入热Q1；食品在冷加工过程中放出的热量，简称食品热Q2；由于通风换气，外界新鲜空气进入库内而带进的热量，简称换气热Q3；由于冷库内工作人员操作、各种发热设备工作时产生的热量以及库门开启带进的热量，简称操作热Q4。根据相关公式计算得到各库的制冷量如表3-1所示。
2.4机械负荷的确定
确定机械负荷的目的就是选择所需要的制冷压缩机组的型号及台数，冷间的机械负荷可不考虑各负荷折减系数，冷损耗补偿系数R可取1.07，制冷系统所需配置的制冷量Q0为13.8kw。
3.制冷压缩机及其他设备的选择
3.1制冷压缩机组的选择
制冷压缩冷凝机组是由一台或几台制冷压缩机、冷凝器、贮液器（需要时）以及附件等组成的组合体，用于压缩及液化制冷剂。
由上面的计算参数可知，该轮船的冷库属于低温工况的冷库，此冷库的机械负荷为13.8kw，查开利公司的压缩机技术参数表可知，选用上海库宝制冷设备有限公司生产的开利品牌的06eR475型压缩机组。
3.2热力膨胀阀的选择
根据设计工况的蒸发温度、冷凝器最低使用冷凝温度，按管路条件计算出膨胀阀压差，再根据阀的容量表求得其容量，使之适当大于蒸发器设计制冷量即可。一般来说，膨胀阀容量比蒸发器制冷量大20%～30%较为适宜。但有的蒸发器工作中传热温差变化范围大，制冷量变化也就大（例如空调装置蒸发器和单机多库伙食冰机的低温库蒸发器），膨胀阀容量就要适当选大些。有的制冷量变化大的蒸发器并联装有2个各带供液电磁阀的膨胀阀，视情况切换使用。
3.3自动热力融霜
本系统采用自动热力融霜，自动热力融霜是利用制冷机本身所产生的高温过热蒸气，直接排至低压设备――蒸发器排管内，由于过热蒸汽温度高，进入挂霜的蒸发器排管后，霜受管内温升而溶化，达到除霜的目的。自动热力融霜的第二作用可以帮助蒸发器排管的放油工作。自动热力融霜代替人工扫霜，大大减轻了劳动强度，而且时间快、效率高。
4.探讨方案的可行性
4.1从设备选择上分析
（1）在本系统中，选择二台同样的压缩机，一台工作，一台备用，共有三个冷库，各库之间采用并联方式，系统在正常工作的情况下，从压缩机出来的高温高压的过热蒸汽，通过冷凝器的冷凝成为过冷液体，通过热力膨胀阀控制进入蒸发器的制冷剂的流量，从而保证库温，所以使用一台压缩机工作是可行的。
（2）冷凝器选用的是水冷卧式壳管式冷凝器，选用卧式的原因是其结构紧凑，空间高度低，有利于机组化，冷却水可以循环使用，耗水量少，操作方便，运行可靠，根据冷库机房的特点，选用卧式的合适，选用水冷的原因是空气的放热系数远小于水，所以水冷式冷凝器的换热效果要比空冷式好的多，所以本系统选用水冷卧式壳管式冷凝器是可行的。
（3）系统中装有回气器，作用是使从三个蒸发器中出来的蒸气混合，由于各库的库温不同，出蒸发器的蒸气的压力就不同，使它们混合以后平衡其中的压力，如果不设回气器会使压缩机吸入的压力不稳定。
4.2从经济性上分析
（1）各库装有温度继电器通过感受库内温度来控制膨胀阀前电磁阀的通断，当库温达到下限时，电磁阀关闭，停止对冷库供冷剂，当库温达到上限值时，电磁阀导通。通过这种方式进行控制，可以保持库温在设定的范围内，同时可以节约压缩机的能量，提高了经济性。
（2）由于R134a与矿物油不相容，应采用脂类油poe或聚二醇类油paG，这两种油价格都比较高，由于这两种油吸水性能较强，且易与水反应生成酸，腐蚀制冷机管路及压缩机，使用时应特别注意防潮，酯类油刺激眼和皮肤，在操作时应避免接触，并保证工作环境通风良好。造价会高一些。
（3）制冷剂充注量应比原来R12系统时少10%左右。经科研机构的试验表明，压缩机在使用R134a与R12时的压缩容积效率与绝热效率并无多大变化。仅是在采用原冷凝器的情况下，用R134a替代R12后，压缩机排气压力提高10%，压缩机输入功率约增加9%，从而影响蒸发器的换热量，使制冷系统的冷量下降10%左右，冷库耗电量也要相应增加。
5.结语
根据上面对系统中设备选择的可行性和经济性的分析以及系统的运转流程的分析，本系统的设计是合理的，各种设备都是根据冷库的制冷量选择出来的，尤其是压缩机、膨胀阀的选择与制冷量和制冷剂的种类紧密相关。经过现场安装调试及试验，系统各项参数优于原系统，改进后的制冷系统能够满足船舶预期需求，同时也满足了环保的要求。
参考文献：
[1]史琳，朱明善等.制冷空调新技术进展[m].上海：上海交通大学出版社，2003.18～25.
热胀冷缩的科学原理篇7
关键词：氨制冷技术；研究
1国内外氨制冷技术的应用现状
应用领域：1876～1877年间，Linde制造的氨压缩机就配置在慕尼黑的斯巴坦布罗啤酒厂，用于麦芽和发酵桶的冷却；1890年英国采用氨直接膨胀供液方式并在墙上设置冷却盘管保存肉类制品，从此，氨制冷技术在食品冷冻冷藏领域逐步得到了快速发展。除了啤酒生产和食品的冷冻加工、食品冷冻贮藏、食品保鲜贮藏、冰激凌的制作以及大型制冰等应用了氨制冷系统外，氨制冷技术也为化工领域、建筑领域、水利建设、远洋捕捞及特种实验场所提供制冷服务。
2应用现状
2.1制冷系统
氨制冷系统在食品冷冻冷藏领域多为直接制冷系统，但也有少量间接制冷系统。采用间接制冷系统主要是从安全角度考虑，在特大型的贮藏果蔬的冷库中，为防止氨制冷剂泄漏于冷却物冷藏间内、且尽量减少系统的用氨量，采用有以氨为制冷剂、乙二醇为载冷剂的间接制冷系统，如烟台复发中记装配式冷库。近年来，欧洲和美国已开始应用nH3和Co2的复叠式制冷系统，其高温级采用nH3，低温级采用Co2，避免了因地震等意外原因可能导致的氨在库房内意外泄漏而影响贮存食品的安全问题，同时也减少了整个制冷系统的用氨量，提高了冷库系统的安全性。
在国外，氨制冷系统的供液方式多为直接膨胀供液、重力供液和氨泵强制供液，且系统自控能力较强。
我国在上个世纪50年代以前，为食品冷冻冷藏配置的氨制冷系统多为直接膨胀供液，由于自控系统落后，一般采用人工调节，因劳动强度过大、不安全因素极多；从70年代开始，随着我国自行研制的制冷自控元件的问世以及引进国外自控元件，直接膨胀供液逐步被重力供液和氨泵强制供液所取代；80年代后，随着计算机微电子控制技术的不断发展，国内出现了以可编程序控制器（pLC）及用pLC组成的集散式控制系统（DCS控制系统）控制的采用氨泵强制供液方式的全自动或半自动氨制冷系统，2000年，我国在大连的一座水产品加工厂的氨制冷系统中第一次采用了DanFoSS公司的氨电子膨胀阀，从而再次实现了直接膨胀供液，与50年代前期的制冷膨胀供液相比，系统的安全性和控制方式及自动化程度得到了极大的提高。但由于当时尚无与氨互溶的合成油，制冷系统仍配置的油分离系统，未能实现制冷系统的完全简化。即使如此，也使系统的用氨量大大的降低。氨制冷系统在化工、大型空调系统、啤酒厂、制药厂中多为间接制冷系统，如我国于1988年在南京开发出利用工业废热的双级氨水吸收式制冷机，并应用于-20e和-30e两个蒸发温度制冷系统。
2.2制冷部件
目前，在氨制冷系统中，制冷压缩机多为活塞式和螺杆式制冷压缩机。前者出现较早，使用也最为广泛，其优点在于：使用方便、运行可靠、管理经验成熟，冷量范围大、单位制冷量耗电量较低，加工较简单，造价较为低廉；其缺点是压缩机体积大、耗金属多、占地面积大，易损部件多，维护费用高，单机产量不能太大，能量无级调节比较困难。而螺杆式压缩机机的结构简单、体积小、易损部件少、重量轻，振动小，容积效率高、对湿压缩不敏感，能实现无级调节；其缺点是单位冷量耗电比活塞式稍高，喷油冷却使得滑油系统复杂而庞大，耗油高，噪声大，螺杆的加工精度要求高。相对而言，因螺杆式压缩机能方便地控制排气温度，在氨制冷系统中将会更加广泛地应用。
3氨制冷技术的发展趋势
氨制冷系统中的应用已有百余年历史，应该说，人们对其优、缺点都有足够的认识。当前，为推进我国制冷空调产业可持续发展和环保、节能步伐，氨作为一种性能优良的天然制冷剂，在CFCs替代方面具有很强的优势。氨制冷技术在安全应用的基础上将会有很大的发展空间。
3.1氨制冷设备的质量和能效将得到提高
随着研究工作的不断深入，一些科研成果、专利技术不断涌现。据文献介绍，国外有关公司已研制出100Hp以下的全封闭氨制冷压缩机，而对100Hp以上的机组已研制出高效密封机构；新型钎焊型热交换器和相溶性冷冻油的应用，使换热量比此前使用矿物油时增加了160%，体积大大减小。可以预见，随着对氨制冷剂强化传热技术、氨用金属材料和油、高效氨用压缩机等科研成果的完善和加工工艺的进一步改进，氨制冷设备的整体质量将更有保障，运行能效比也将不断提高。
3.2氨制冷系统将机组化、小型化
小型氨商用制冷系统在30～40年前曾相当普及，但时至今日，没有较大的实质性改进，而当时那种简陋的系统决不可能为今天的市场所接受。为促进氨制冷系统的广泛使用，必须进行氨用换热器的强化传热研究，缩小换热器尺寸，研发氨用电子膨胀阀和小型全封闭氨压缩机，同时通过优化设计，简化与完善制冷循环，实现氨制冷装置的机组化和小型化。
3.3大型氨制冷系统将进一步简化
与氨相溶的油开发成功后，在设计中，就可省去油氨分离器、集油器以及相应的管路和阀门；通过氨膨胀阀或氨电子膨胀阀，便可省去低压循环桶和氨等一些附属设备。如此，设计师们便可采用氟利昂制冷系统的设计思路来进行氨制冷系统设计，并在氨制冷系统的高压侧采用机电一体化的设计思路，氨制冷系统便可以得到进一步的简化。
3.4氨制冷系统控制将更趋自动化
21世纪的控制技术、计算机网络技术、远程监控等为系统的自动控制提供了相应的技术支持和保证，也为氨制冷系统的全自动控制提供了发展空间。自动化问题涉及到油的开发、氨用电子节流阀的研制、系统循环设计、制冷系统的静态与动态特性等问题，而这些问题的逐步解决，将推进氨制冷系统的自动化进程，对制冷系统的高效节能运行、制冷系统的安全使用和安全防护、降低生产成本等都将带来新的变革。
3.5氨制冷系统的安全性、可靠性将更加完善
安全使用是一项技术应用的前提。由于氨具有一定的毒性、且在一定的条件存在爆炸的可能性，因此采用氨制冷系统时，保证系统安全和不发生泄漏是至关重要的。
4结束语
近年来，由于发现氟利昂类制冷剂对大气臭氧层有破坏作用以及能产生温室效应等环境问题，国际上已达成完全禁用CFC、逐渐限制使用HCFC类制冷剂的共识。在全球积极研究氟利昂替代技术以解决对臭氧层破坏及温室效应问题，天然制冷剂受到了越来越多的制冷科技工作者的青睐，人们对氨制冷剂开始重新评价，并已投入大量的人力物力，致力于氨的安全性能和制冷系统及其设备技术的研究。一些具有核心技术的氨制冷设备、控制元器件等已研发成功并批量生产，为氨制冷的技术进步创造了有利条件。如何更广泛地加快氨制冷系统的研究与应用，已成为全世界制冷科技工作者的重要课题之一。
参考文献：
热胀冷缩的科学原理篇8
执教：山东省威海市环翠国际中学庞绍君
教学目标
1.知道温度表示物体的冷热程度。
2.知道液体温度计的构造和原理及常用的实验用温度计、体温计、寒暑表。
3.知道摄氏温度。
4.常识性了解热力学温度与摄氏温度的关系。5.培养学生的观察能力。
重点液体温度计的原理和摄氏温度的规定。
难点液体温度计的原理和摄氏温度的规定。
教具演示
演示用温度计，烧杯3个，冷水，温水，热水，家庭用寒暑表、体温计
学生实验室用温度计（2人1支）
主要教学过程学生活动
一引入新课
热现象是指跟物体的冷热程度有关的物理现象。例如大家在小学自然课中学过的物体的热胀冷缩就属于热现象。我们在生活中用冷、热、温、凉、烫等有限的词来形容物体的冷热程度。但是这样的形容非常粗糙。开水和烧红的铁块都很烫，但是它们烫的程度又有很大的区别。所以，在物理学中，为了准确地描述物体的冷热程度，我们引入了温度这一概念。
二教学过程设计
一．温度，全国公务员共同天地
请一位同学操作图4-1实验，并说明感觉
教师：从这个实验中可知凭感觉来判断物体的温度高低是很不可靠的。要准确地测量物体的温度需要使用温度计。温度计的种类很多，有实验用温度计，家庭用的温度计--寒暑表，医用温度计--体温计，等等。
二．温度计
1．构造和原理
实验用温度计的玻璃泡内装有水银、酒精或煤油。泡上连着一根细玻璃管，管壁厚，壁上有刻度。当温度升高时，泡内的液体膨胀，液面上升；温度下降时，泡内液体收缩，液面下降。从液面的位置可读出温度的数值。所以，实验用温度计是利用水银、酒精、煤油等液体的热胀冷缩的性质来测量温度的。
2．摄氏温度
常用的表示温度的方法是摄氏温度。温度计上有一个字母℃，它表示摄氏温度。摄氏温度是这样规定的：把冰水混合物的温度规定为0度，沸水温度规定为100度。0度和100度之间分成100等分，每一等分叫1摄氏度，写作1℃。例如，人体正常温度为37℃，读作37摄氏度。
教师：自然界中的物体，温度高低相差很悬殊。请大家看课本图4-3，
回答教师的提问。
教学过程设计
3．绝对零度和热力学温度
宇宙中可能达到的最低温度大约是负273摄氏度，这个温度叫绝对零度。科学家们提出了热力学温度，它的单位是开尔文，用K表示。
热力学温度是以绝对零度即负273摄氏度为起点。-273℃=0K，0℃=273K，100℃=373K。所以，摄低温度的数值加上273就等于热力学温度。
练习：
(1)水的沸点=____℃=____K(2)沸水的温度=____℃=____K
(3)绝对零度是____℃=____K(4)人体正常体温是____℃=____K
4.体温计
学生阅读课文"体温计"，回答以下问题。
(1)体温计是用什么液体的什么性质来测量温度的?(是利用水银的热胀冷缩的性质来测量温度的。)
(2)它的刻度范围是从多少度到多少度?(刻度范围是从35℃到42℃。)刻度范围为什么是这样?
(3)它的最小一格是多少度?(最小一格表示0.1℃）
(4)测体温时，为什么要把体温计夹在腋下近10分钟?(因为只有时间足够长，才能使体温计中水银的温度跟人体温度相等。)
(5)测体温前，为什么要拿着体温计用力下甩?(因为体温计的玻璃泡上方有一段很细的缩口，水银收缩时，水银从缩口处断开，管内水银面不能下降，指示的仍然是上次测量的温度，所以再用时必须向下甩。)
三．归纳总结
三．思考与作业
课本p46，1、2、3；《课课通》
四板书
第四章热现象第一节温度计
一．温度
1、物体的冷热程度叫温度。二．温度计
1、常见的温度计：实验室用温度计；寒暑表；体温计。
2、结构
3、原理：利用液体的热胀冷缩性质。
三．摄氏温度
1．1摄氏度规定：，全国公务员共同天地p45
2．读法：5℃读：5摄氏度；-5℃读：负5摄氏度或零下5摄氏度。
四．热力学温度（t=t+273k）
五．体温计
1．特殊结构：弯曲细玻璃管（内装水银）
热胀冷缩的科学原理篇9
我否定了潮汐的引力解释。那么，我就提出了一个假说：潮汐的成因应该是由太阳的光热使海洋表面产生"热胀冷缩"，又由于地球的自转，就形成了潮汐现象。
我的惯性三定律否定了地球潮汐现象是由于月球的引力所造成的解释。当初牛顿在说怀疑超距作用的引力时，同时又认为他的发现成功地解释了地球的潮汐现象。以至于到今天科学界还是沿用此解释。由我的"广义惯性"，月球是处于"广义惯性运动状态"，没有真正的外力正在作用之，当然，同时裁挥?quot;力"作用于其它的"物体"（月球的重力场不会延伸至地球上）。于是，潮汐的成因需要重新解释。
一、在此，我们必须先把牛顿的"引力"的作用与后来变为"引力场"的作用分开来说明。
（1）我首先"质疑"引力的作用解释，按引力定律计算，太阳的引力作用在地球上的值（本来就子虚乌有），比月球大上百倍。按理潮汐现象的原因主要是应该由太阳引起的。这就是其矛盾之一；
（2）地球潮汐的引力成因的解释，到目前仍仅是"定性"解释。而在解释钱塘江大潮时，说是月球的"满月"造成的，这实在是牵强附会的解释，我想凡是有点"科学头脑"的人要是仔细地想一想，都会得出一个结论，"满月"是"光"因素，与"力"因素有何干系？这是真正的科学态度吗？
（3）如果月球对地球的海洋有这么大的"引力"作用，那么，就应该对环绕地球的卫星有更大的"引力"作用，从而可以明显地表现在卫星的轨道的形状上，那为什么没有其表现呢？在此，航天局的"实践家"们引进了"引力范围"的解释，如果还是按"引力"的角度来运用"引力范围"概念，月球还是对卫星的轨道形状有非常大的影响。
在此，我的重力场的"范围"概念与原来的"引力范围"的概念不同。航天实践上的"引力范围"就是我的"重力场范围"，但理解的意义不同。从我的角度，出了我的月球"重力场范围"，月球就不会对卫星有"一点"作用。当然，也就对地球上的海洋更没有"一点"作用。月球的"重力场范围"不会延伸地球上。那么，地球上的潮汐现象的成因不是由于月球的"引力"造成的，又是什么原因造成的呢？我在此提出一个假说。
二、我的假说：
地球上的潮汐成因是由于太阳光照射在海洋面上，白天被太阳光照射的海洋面被加热，海洋的"水"就有"热胀"效应。而在夜间，海洋被加热的"水"的热量就向空气中传递，就又"冷缩"了。于是，又由于地球的自转，就有了"潮汐现象"。虽然，其"热胀冷缩"效应很小，但由于此微小的"热胀冷缩"在广大的海洋面上的"积累"，也就造成了"潮汐"。
我可以解释"钱塘江大潮"的原因。钱塘江大潮发生在每年的阴历八月，这正是"秋分"时节。太阳的光照在地球上的"中心点"正是在"赤道"上。由于地球从西向东自转，太阳在每天的开始照在太平洋的大部分的热量，且是在美国的西海岸上开始，于是，随着地球的自转，被加热而"热涨"的太平洋的"水"向"西推进"，到了下午，就推进到了中国的东海岸。钱塘江正是在此"东"的正面，且由于其地理形状的特点，就产生了"大潮"。如果是"春分"时节，太阳在每天的开始照在太平洋的大部分的热量，且是在南美洲的西海岸开始，所以，传递到中国的东海岸上的潮汐的"峰值"就比较小。
有一个可以验证我的此假说的"现象"。按我的解释，"内陆海"比起太平洋及大西洋来很小，但是也应该有"微弱"的"热胀冷缩"的效应，而且其"潮汐"很有规律。按此理，如果是阴天，此"潮汐"现象就不明显。在西亚的"里海"可以验证我的假说的成立与否。
参考文献
[1]马英卓：引力是产生出来的，〈科学〉（科学美国人中文版）杂志，1998年第五期。
[2]马英卓：引力与广义力学、整体天体，〈科学〉（科学美国人中文版）杂志，1999年第三期。
[3]马英卓：惯性力学与整体科学体系，《科学》（科学美国人中文版）杂志，2000年第七期。
[4]马英卓：等效原理的对与错，《当代物理世界-物理论文集》网站。
热胀冷缩的科学原理篇10
关键词负热膨胀材料；热应力；相变；吸水性
中图分类号o657.37文献标识码a文章编号1674-6708（2012）71-0076-02
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）aVo5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。美国亚特兰大的乔治亚理工学院a.p.wilkinson研究小组、德国莱比锡大学、英国剑桥大学、荷兰Groningen大学、日本的t.tsuji研究小组等都相继开始开展这方面的研究。Sleight小组研究开发出了以Zrw2o8为代表的各向同性nte材料和以Sc2w2o12为代表的各向异性nte材料。
目前国内从事nte材料的主要几个研究机构为：北京师范大学的赵新华小组、北京科技大学的邢献然小组、北京航空航天大学的王天民小组、天津师范大学的郝延明小组、中科院研究生院的饶光辉小组、江苏大学的程晓农小组以及郑州大学梁二军小组。前三个研究小组主要集中在负热膨胀化合物的制备工艺及其性能研究上，通过粒子的掺杂以获得新的负热膨胀材料，研究其结构和负热膨胀性能；郝延明小组和饶光辉小组主要集中在具有磁性能的负热膨胀化合物的研究；程晓农小组主要集中在nte材料的超细化、复合化以及薄膜化的研究；郑州大学梁二军小组以制备负热膨胀材料为基础，拓展nte材料负温度范围以及零膨胀单一材料与复合材料的制备研究。
2nte材料研究存在的问题及实验探索
2.1Zrw2o8系列材料
Zrw2o8在很大的温度区间内具有nte性质(0.3-1050K)，并且其负热膨胀系数(nCte)较大(0.3-430K)膨胀系数为-8.8×10-6K-1，430-950K为-4.9×10-6K-1)[1，2]。基于立方相Zrw2o8优异的nte性质，与其他材料复合可制备出可控膨胀系数材料。其负热膨胀机理与桥氧键结构“Zr-o-w”中桥氧原子的受热横向运动有关(图1所示)[3]。也就是受热后，桥氧原子既有纵向运动、也有横向运动导致Zr和w原子的距离缩小，晶格体积也随着减小。
图1桥氧键结构“Zr-o-w”中桥氧原子的横向运动.
然而Zrw2o8具有温度相变和压力相变的特性，发生相变后，其nCte减小，或根本不具有nte性质。探索一些材料，在低温与Zrw2o8复合形成气孔率很高的近零热膨胀复合材料，会具有较高的实用价值。首先，我们用液相沉淀法制备出粉末Zrw2o8前驱体，然后放入预先加热到1200℃的管式炉中，烧结2h后在水中淬冷，其X射线衍射图谱(图2所示)说明制备的样品是立方相结构的Zrw2o8。我们将制备的粉末Zrw2o8与一定比例的聚酰亚胺混合研磨，在340℃退火30h。得到致密的聚酰亚胺-Zrw2o8复合体。
2.2am2o7系列材料
此系列材料属naCl型立方结构，a是Zr、Hf、th、U、Sn、ti等，m由V、p或V1-xpx的组合构成。典型材料是ZrV2o7，空间群为pa3。在高温（102℃以上）条件下显示各向同性的负热膨胀性质（负热膨胀系数-191×10-6K-1）。并存在位移相变由3×3×3的超结构向1×1×1的结构转变[4]。在am2o7中，热激活引起多面体转动时，多面体的形状会发生小的改变，属准刚性单元模型（Quasi-rigidunitmodes，准RUms）。多面体中心的阳离子半径增大时，八面体的刚性减小，转动越容易，则“m-o-m”键中氧的横向热振动相对激烈，nte效应就越大
am2o7系列nte材料主要的问题是nte响应起始温度过高（102℃），掺杂-替代组分阳离子来减小相变温度，能够扩大其实际应用范围。