用于正热膨胀与负热膨胀的熵理论
材料科学
2023-03-28 v7
摘要
在天然与人造材料中均已观察到体积有时随温度升高而减小的现象。尽管针对某些个别材料已获得机理层面的理解，但对于“为何体积有时会随温度升高而减小”这一问题的普遍性回答仍然缺失。基于体积对温度的导数（即热膨胀）等于熵对压力的负导数这一热力学关系，我们发展了基于多尺度熵的通用理论，以理解和预测体积随温度的变化，本工作中称之为熵理论（zentropy theory）。研究表明，高温下的相是基态稳定构型与多个非基态亚稳构型的统计表示。论证表明，当主要非基态构型的体积小于基态构型的体积时，该相的体积可能在特定温度-压力组合范围内随温度升高而减小，刻画了临界点处热膨胀的负发散。作为示例，分别预测了 Ce 和 Fe3Pt 临界点处热膨胀的正发散与负发散，以及异常正热膨胀与负热膨胀的温度和压力范围。作者认为，熵理论适用于预测相的其他物理性质的异常，因为熵的变化驱动系统对外部刺激的响应。
引用
@article{arxiv.2107.06455,
title = {Zentropy Theory for Positive and Negative Thermal Expansions},
author = {Zi-Kui Liu and Yi Wang and Shun-Li Shang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.06455},
year = {2023}
}