非晶材料的案例
華中科技大學柳林組JMCA: 新型熱噴涂3D打印技術制備大尺寸高韌性Fe基非晶合金及其復合材料
研究發現，該非晶合金及復合材料具有優異斷裂韌性主要歸因于熱噴涂產生的扁平狀層間結構，阻礙裂紋貫穿性擴展，從而提高材料的斷裂韌性。在此基礎上，輔以預制模板，就可以打印出形狀較為復雜的三維非晶零件。相比于傳統激光3D打印技術，TS3DP技術具有更高的3D打印效率（是激光3D打印的4-10倍）。本研究成果不僅提供了一種制備大尺寸、高韌性非晶合金及復合材料的新方法，也為促進高性能非晶合金及復合材料的工業應用奠定基礎。
【圖文導讀】
圖1. 熱噴涂3D打印技術原理示意圖以及大尺寸Fe基非晶合金及復合材料樣件
圖2. 熱噴涂3D打印成形非晶合金及復合材料的顯微結構表征（SEM、TEM）
圖3. 熱噴涂3D打印非晶合金及復合材料的壓縮性能與斷裂韌性
圖4. 熱噴涂3D打印非晶合金及復合材料的斷裂與增韌機理分析
圖5. 采用模板輔助熱噴涂3D打印技術制備的形狀復雜的非晶合金及復合材料構件
【小結】
在這個工作中，研究人員開發出一種新型熱噴涂3D打印技術，成功制備出大尺寸Fe基非晶合金及其復合材料，該材料具有高強度（>1.8 GPa）及良好的斷裂韌性（13-21 MPa 1/2）。
在此基礎上，輔以預制模板，打印出形狀較為復雜的三維非晶零件。本研究成果不僅提供了一種制備大尺寸、高韌性非晶合金及復合材料的新方法，也為促進高性能非晶合金及復合材料的工業應用奠定基礎。該研究得到了國家自然科學基金項目（51531003；51471074）以及科技部973項目（2015C856801）等資助。
展開 非晶材料的動力學研究取得進展！
非晶態合金（又稱金屬玻璃）是50多年前發現的一類新型的非晶材料，它的發現極大豐富了金屬物理的研究內容，日益成為凝聚態物理的研究前沿。非晶合金表現出很多獨特的物理、化學性質，特別是塊體非晶合金具有優異的力學性能，例如超高的強度和斷裂韌性、高強度、低彈性模量等。
塊體非晶合金被認為是迄今為止發現的最強、最硬、最軟、最韌的金屬結構材料。盡管近年來在非晶合金方面涌現出大批的研究成果，但非晶合金中的一些基本問題仍然缺乏清晰的認識，例如非晶態轉變的物理本質和非晶合金優異力學性能的物理本源等。目前的研究表明這些問題都與非晶合金中復雜的多重弛豫行為有關聯。在非晶態合金形成過程中，存在長時結構弛豫與短時次級弛豫（弛豫）并存的多重動力學行為，次級弛豫的行為表征以及微觀機制是目前非晶合金研究中的關鍵問題。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心極端條件物理重點實驗室汪衛華研究組和北京理工大學呂勇軍課題組合作，采用分子動力學方法研究了非晶CuZr合金薄膜的弛豫動力學行為。在非晶態合金的弛豫動力學研究方面取得新進展，揭示了二維非晶合金薄膜材料中次級弛豫形成的微觀機理，發現在接近非晶態轉變的過冷區域存在快慢兩種亞模式。
這種多尺度的弛豫行為一直延續到非晶態。模擬結果進一步表明，弛豫在非晶態轉變溫度附近存在著一個動力學轉變。進一步的單粒子動力學分析發現轉變前的弛豫主要是隨機的、熱激活的單粒子跳躍，轉變后的弛豫主要是高度關聯的協同跳躍，后者與應力不均勻性存在著內在聯系，從而給出了非晶合金中弛豫的清晰物理圖像。這些結果對認識非晶的本質、調控非晶材料的物理性質具有意義。
相關研究成果發表在近期的《物理評論快報》[Phys. Rev. Lett. 120, 155501 (2018)]上，該工作得到了國家自然科學基金委的資助和支持。
展開 低維非晶材料動力學行為研究新進展 附材料的動力學行為張慶明下載
作為目前已經被大量市場化的應用材料，低維材料表現出各種優異性能，在半導體、光學、醫藥、能源、信息技術等領域及人們日常生活用品中都扮演著重要的角色。同時凝聚態物理諸多前沿問題也都與低維材料及其制備工藝息息相關。然而，目前對于低維非晶材料的研究及相關報道還很少。2007年，Ediger利用薄膜沉積技術獲得了超穩玻璃，2008年Forrest發現玻璃表面具有類液體性質(49)，此后非晶薄膜與表面的研究逐漸得到了研究者們的關注。由于對納米非晶顆粒的動力學特征以及與其相似尺度的晶體材料的差異研究很少，因此，低維非晶材料動力學行為研究對認識非晶基本科學問題如玻璃轉變、力學行為具有重要意義。
最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心汪衛華研究組在低維非晶顆粒動力學研究中取得進展，博士生曹乘榕等在研究員白海洋的指導下，和谷林研究組合作，通過PLD在非晶氮化硅襯底上沉積Pd80Si20超薄膜，形成不同尺寸的PdSi納米顆粒（如圖1所示）。在電子束輻照條件下，通過高分辨透射電鏡和球差電鏡原位觀測，實時觀測到這種納米顆粒逐漸開始隨機運動，并在顆粒間距小于1nm時發生顆粒之間的碰撞融合，整個過程僅在數秒至幾十秒內完成，如圖2所示。根據納米顆粒合并過程的觀察時間t，利用顆粒融合模型：τ=ηd/γ，估算出納米顆粒的粘度值η，τ為合并弛豫時間，γ為顆粒表面能，d為顆粒直徑。研究發現納米顆粒粘度與直徑有冪律關系：η∝d4.2。圖3和圖4展示了非晶顆粒、晶體顆粒及非晶-晶體顆粒合并過程中動力學差異對比。可以看出相同尺寸的非晶顆粒在80秒內完成了整個合并過程，但晶態顆粒到100秒時仍未完全合并，從而觀測到非晶顆粒具有比晶態顆粒更高的動力學活性。
展開 定子鐵心混合疊壓再制造電機的齒槽轉矩分析
傳統電機鐵心材料一般選用冷軋硅鋼片，而非晶合金材料與硅鋼片相比，其加工過程更加環保，且具有更低的鐵心損耗，應用于電機鐵心可以使電機鐵耗顯著降低，從而提高效率。
1 電機參數及混合疊壓方法
1.1 定子材料
原電機所用的硅鋼材料牌號為B35AV1900，所用非晶合金材料牌號為Metglas2605SA1。圖1為由湖南聯眾MATS-2010S軟磁測量裝置測得的硅鋼材料和非晶合金試樣的磁化曲線。對比兩者磁化曲線可知，硅鋼材料的飽和磁通密度（簡稱“磁密”）約為1.80 T，非晶合金的飽和磁通密度約為1.44 T，在相同磁場強度情況下，非晶合金對應的磁通密度小于硅鋼材料的磁通密度。
圖1 硅鋼和非晶合金的磁化曲線
Fig.1 Magnetization curves of silicon steel and amorphous alloy
1.2 電機參數
以一臺8極48槽內置式永磁同步電機為例進行定子混合疊壓再制造。電機的參數見表1。
表1 電機主要參數
Tab.1 Main parameters of motor
1.3 混合疊壓方法
受到原鐵心材料和結構的限制，再制造的電機鐵心性能較差。利用性能優異的非晶材料替換原鐵心，可以顯著降低鐵心的損耗，但非晶材料飽和磁密較小，且成本較高。通過合理選擇材料比例，將非晶材料與硅鋼材料組合使用，既能降低電機損耗、提升電機綜合性能，又能充分利用零部件，降低再制造成本。定子混合疊壓是將不同材料沿電機軸向間隔疊壓制成定子鐵心，規定相同材料的每段疊片段長度相等。再制造時，不同疊片段除材料不同外，鐵心結構與尺寸均相同，并保持與原電機一致。混合疊壓定子見圖2，其中A和B代表不同的材料。
展開 
定子鐵心混合疊壓再制造電機的齒槽轉矩分析
傳統電機鐵心材料一般選用冷軋硅鋼片，而非晶合金材料與硅鋼片相比，其加工過程更加環保，且具有更低的鐵心損耗，應用于電機鐵心可以使電機鐵耗顯著降低，從而提高效率。
1 電機參數及混合疊壓方法
1.1 定子材料
原電機所用的硅鋼材料牌號為B35AV1900，所用非晶合金材料牌號為Metglas2605SA1。圖1為由湖南聯眾MATS-2010S軟磁測量裝置測得的硅鋼材料和非晶合金試樣的磁化曲線。對比兩者磁化曲線可知，硅鋼材料的飽和磁通密度（簡稱“磁密”）約為1.80 T，非晶合金的飽和磁通密度約為1.44 T，在相同磁場強度情況下，非晶合金對應的磁通密度小于硅鋼材料的磁通密度。
圖1 硅鋼和非晶合金的磁化曲線
Fig.1 Magnetization curves of silicon steel and amorphous alloy
1.2 電機參數
以一臺8極48槽內置式永磁同步電機為例進行定子混合疊壓再制造。電機的參數見表1。
表1 電機主要參數
Tab.1 Main parameters of motor
1.3 混合疊壓方法
受到原鐵心材料和結構的限制，再制造的電機鐵心性能較差。利用性能優異的非晶材料替換原鐵心，可以顯著降低鐵心的損耗，但非晶材料飽和磁密較小，且成本較高。通過合理選擇材料比例，將非晶材料與硅鋼材料組合使用，既能降低電機損耗、提升電機綜合性能，又能充分利用零部件，降低再制造成本。定子混合疊壓是將不同材料沿電機軸向間隔疊壓制成定子鐵心，規定相同材料的每段疊片段長度相等。再制造時，不同疊片段除材料不同外，鐵心結構與尺寸均相同，并保持與原電機一致。混合疊壓定子見圖2，其中A和B代表不同的材料。
展開 利用機器學習結合實驗揭示非晶氧化鎵原子結構與熱輸運的關系
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
非晶（無定形）材料指原子排列缺乏長程周期性的固體材料，普遍存在于自然界中，也是工業生產及日常生活中使用最為廣泛的一類材料。非晶氧化鎵具有超寬的禁帶寬度和優異的物理化學特性，是制造高功率芯片和柔性光電子器件的重要基礎材料。研究非晶氧化鎵的熱輸運特性對其在能源與光電子器件的熱管理及能量轉化等方面的應用至關重要。
近年來，通過考慮模態相干作用和非諧性對熱導率的貢獻，非晶材料的導熱理論取得了一定進展，然而，由于非晶材料原子尺度結構的復雜性及當前實驗和計算手段的局限性，全面理解非晶材料的結構對熱輸運特性的影響機理并建立二者之間的定量關系仍是凝聚態材料物理中待解決的挑戰性難題。
目前，盡管在理論研究方面取得了重大進展，但由于無序系統的精確建模仍然存在顯著的挑戰。近年來，基于密度泛函理論(DFT)或經典力場的分子動力學(MD)模擬一直是建模和理解材料的核心方法。在許多研究中發現，它們的預測能力和可轉移性相對較差。最近，機器學習(ML)技術正在成為一種強大的工具，通過直接從適當選擇的量子力學計算的參考數據集合中映射原子構型和能量之間的關系，有望解決上述材料建模中的挑戰。
02
成果掠影
近期，清華大學航空航天學院曹炳陽教授聯合英國劍橋大學工程系加博爾·塞尼（Gábor Csányi）教授在探究非晶氧化鎵原子結構與熱輸運性質之間的內在影響取得新進展。團隊采用機器學習、分子動力學模擬及實驗測量相結合的方法成功揭示了非晶氧化鎵的原子結構特征、熱輸運性質及“結構—熱輸運性質”內在影響機制和定量關系。
展開 Nature子刊：塑性變形剪切帶新認識！
非晶合金,又稱金屬玻璃,是兼有一般金屬和玻璃優異的力學、物理和化學性能的新型合金材料。非晶合金無序的原子結構使其成為具有高強度、高韌性、高彈性等一系列優異的力學性能的新型結構材料。不同于晶態合金中存在位錯、晶界等承載變形的晶體缺陷，非晶合金的室溫變形高度集中在納米尺度的剪切帶內，局域剪切帶的軟化和擴展最終導致非晶材料的失穩斷裂。剪切帶是非晶材料形變和流變的載體，對剪切帶的認知和調控，是突破玻璃體系脆性瓶頸的關鍵。然而，由于沒有直觀可見的類似晶體位錯的形變單元，非晶合金中剪切帶的形成及演化機制的物理圖像、剪切帶之間是否又相互作用尚不清晰。
非晶合金塑性變形形成剪切帶的過程被看作是一系列剪切轉變區（STZ）的激活和協同重排，剪切帶內部結構相對周圍母體發生巨大變化，剪切帶的形成和擴展也往往伴隨著粘滑運動、絕熱升溫、納米晶化等新奇物理現象。然而研究者對剪切帶的具體厚度這一基本問題還沒有達成共識。早期，透射電子顯微鏡揭示剪切帶的直觀厚度是幾十納米的原子結構重排區域。
近年來，納米壓痕、放射性示蹤、納米束X射線衍射、X射線光子關聯譜等一系列實驗方法發現，圍繞著剪切帶存在著更廣泛分布的影響區。中心剪切帶形成的同時，其周圍一定范圍母體也參與到變形和結構重排，這迫使人們需要重新認識非晶合金的應變局域和塑性變形機理。但是，由于分辨率和靈敏度等差異，不同實驗方法得出的剪切帶影響區寬度差別較大，尺度跨域納米到亞微米，亟需新的實驗手段來全面且精準的揭示剪切帶影響區。
展開 南京理工《Nature Materials》：非晶合金材料取得突破性進展！
結合球差電鏡和徑向分布函數的綜合分析，發現該基本結構單元源于非晶基體。結果表明，存在某種結構單元能夠橋接非晶態與對應的晶態（如Pd-Ni-P 金屬玻璃中的6M-TTP），其特征尺寸已經拓展至中程序尺度。該研究為非晶態材料的多尺度上的有序性和復雜性提供了直接實驗證據。
本論文研究工作獲得國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金杰出青年基金、粵港澳大灣區聯合實驗室、香港裘搓基金、香港研究基金委、中央高校基礎研究基金等的支持。
【蘭司教授簡介】
蘭司教授，現任南京理工大學材料科學與工程學院/格萊特研究院院長助理、教授，獲江蘇省杰青和國家面上項目資助，長期從事非晶合金的中程序結構和相變機制關領域的研究工作，2012年畢業于香港中文大學材料科學與工程專業（師從H. W. Kui教授）、2012-2014年于香港城市大學物理系跟隨王循理教授從事博士后研究、2014年加入南京理工大學，以同步輻射和中子散射及透射電鏡等先進研究手段，在一系列非晶合金體系相變的微觀機制原位散射研究等課題上做出了重要的研究成果，在Nature Materialss、Nature Communications、Communications Physics、Acta Materialia、Physical Review Letters、Scripta Materialia等發表論文近80篇，具有豐富的相關研究經驗。
展開 非晶合金永磁電機的電磁振動噪聲計算與分析
將非晶合金材料應用在電機定子鐵芯上，對其損耗和磁通密度脈動進行研究和分析，得知非晶合金定子電機損耗小于硅鋼片電機，磁通密度脈動穩定性好于硅鋼片。通過裝在概念車測試，非晶合金電機概念車的續航里程比硅鋼片電機的長，非晶合金電機的平穩性更好些。
兩篇頂尖Nature子刊！南京理工在相變前沿領域連續取得重大突破！
針對非晶材料相變過程結構單元的演變的實驗觀測，材料學院蘭司教授團隊領銜在最新一期《自然·材料》中報道了橋接非晶態與晶態物質的一種手性中程序結構→南京理工《Nature Materials》：非晶合金材料取得突破性進展。南京理工大學為第一通訊單位，蘭司教授為該論文第一和共同通訊作者、香港城市大學王循理教授、美國阿貢國家實驗室任洋資深物理學家為共同通訊作者。“非晶態物質的本質是什么”是凝聚態物理的前沿基礎科學問題之一。解開非晶態的本質需要先回答非晶態物質是否存在一定空間尺度的結構單元，并按什么規則堆積形成局域有序、長程無序的無定型態結構這些關鍵問題。
為解決上述科學問題，本研究工作在最經典的大塊金屬玻璃體系Pd-Ni-P中捕獲了一個具有層狀周期性結構的亞穩中間態立方相，并利用一系列先進的散射和電鏡等結構分析手段，成功解析了Pd-Ni-P非晶合金中既存在于立方相又存在于非晶基體中的一種中程序結構（圖）：一種尺度為12.5 ?的手性六元三帽三棱柱團簇（論文中命名為6M-TTP）。中科院物理所谷林研究員、東莞市香港城市大學研究院吳幀舵研究員、南京航空航天大學博士生朱力為論文的共同一作。我校參與該工作的作者還有材料學院/格萊特研究院劉偉教授、孔惠慧教授、劉吉梓副教授、蘭司教授課題組博士生劉思楠以及沙剛教授。本論文研究工作獲得國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金杰出青年基金、粵港澳大灣區聯合實驗室、香港裘搓基金、香港研究基金委、中央高校基礎研究基金等支持。
本文來自“南京理工大學”。
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實用！
展開 Energy & Environmental Science：超薄非晶態鈷釩氫(氧)氧化物用于高效
近年來，具有獨特分子式和固有豐富缺陷的非晶態材料由于具有高效催化的能力而備受關注。Kanan和Nocera關于自修復無定形磷酸鈷的報告促進了易于制備、富含地球的催化劑的開發。Indra等人表明無定形鈷鐵氧化物對OER的性能甚至優于它們對應的晶體。對于非晶態氫氧化鈷和氫氧化鎳納米片以及基于非晶態結構的其它高級催化劑也獲得類似的結果。
然而，如何合理設計具有優化的整體性能，即低過電位和長期穩定性的非晶態電催化劑仍然是一個重大挑戰。目前，有兩種設計策略可用于提高催化活性。一種是利用可控合金化合物形成有利的局部配位和能量學，而另一種是利用超薄樣品的有益界面效應來增加活性金屬位點的暴露并實現更快的離子遷移。
【成果簡介】
近日。來自北京航空航天大學的郭林教授香港科技大學的楊世河教授以及中國科學技術大學的羅毅教授（共同通訊）在Energy & Environmental Science聯合發表文章，題為：Ultrathin amorphous cobalt–vanadium hydr(oxy)oxide catalysts for the oxygen evolution reaction。研究人員合成的超薄非晶態鈷釩氫(氧)氧化物是一種非常有前途的用于OER的電催化材料，在10 mA cm?2下具有0.250 V的低過電位(當負載在Au泡沫上時甚至更低至0.215 V )，并且在堿性介質中具有長的穩定反應時間(170 h)。結合原位X射線吸收光譜表征和第一性原理模擬，研究人員發現超薄、無定形和合金化的結構特征使其易于轉變為理想的活性相，從而顯著提高了催化活性。研究人員的發現突出了二維非晶材料的顯著優勢，為高性能電催化劑的設計提供了新的思路。
【圖文導讀】
圖1.
展開 
淺談半導體材料的特點及未來
首先在元素半導體中，硅的應用范圍極廣，它不僅是半導體集成電路，以及半導體器件的基礎材料，還是日用家電中的核心材料，而稀有元素鍺，則基本集中在二極管、三極管的制作當中，如以鍺為核心材料的制造的錢江如探測器。
其次在有機半導體材料中，如蒽，聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡合物，不僅具有熱激活電導率，還有著加工處理方便、結實耐用、成本低廉，以及耐磨耐用等特點，但是有機半導體芯片的產品生產能力較低，此外有機半導體材料還可以分為有機物、聚合物，以及給體受體絡合物三類。
然后便是非晶半導體材料，按照鍵合力性質基本可以將非晶半導體材料分為共價鍵非晶半導體和離子鍵非晶半導體兩類，在制備方面可以采用液相快冷和真空蒸汽或者濺射等方法，非晶半導體材料在工業上主要用于制造像傳感器、太陽能鋰電池、以及薄膜晶體管等非晶體半導體器件。
最后的化合物半導體種類最為繁多，目前已經廣泛地應用在了太陽能電池，光電器件，超高速器件，微波重要領域。
總結
半導體技術從誕生開始，一直遵循著摩爾定律的路線快速發展，并通過各種技術創新來延續摩爾定律。但是，傳統的摩爾定律發展到今天，既有路徑已經開始顯現出盡頭。
因此，需突破“摩爾定律”所劃定的邊界，未來可以天下便是得芯片者得天下，尤其是在5G來臨之后，萬物互聯的步伐更加快速，使得芯片成為全球“硬通貨”，而半導體材料更是重中之重。
文章來源：
1. 《什么是半導體材料》-先知、
2. 《常見的半導體材料有哪些 半導體材料的特點及優勢》-與非網
展開 一種玻璃陶瓷納米級3D打印技術
對于醫學研究領域，即用于藥物輸送、組織再生、化學和材料合成的應用而言，這項技術值得深入研究。
3D科學谷曾多次為谷友們介紹到國內外雙光子光刻納米級3D打印技術的研究進展。本期，借立陶宛維爾紐斯大學所進行的玻璃陶瓷材料納米級3D打印研究，讓我們再次踏入這個精美的微縮世界。
打印后再燒結，形成玻璃 - 陶瓷晶體結構
立陶宛維爾紐斯大學發表了題為 Additive-Manufacturing of 3D Glass-Ceramicsdown to Nanoscale Resolution 的論文。研究團隊表示，這些非晶材料及其增材制造的產品，具有強大的潛在熒光或超導性，有助于產生恰當的量子點，并釋放納米生產的新潛力。
納米3D打印的Vytis微縮版雕塑，左邊是打印后的雕像，右邊是在1200℃下燒結1小時后的雕像。圖片來源：維爾紐斯大學。
研究人員采用的3D打印技術為雙光子光刻技術，采用超快脈沖飛秒激光來精確固化光反應材料。根據3D科學谷的市場觀察，德國Nanoscribe已經商業化的納米級3D打印設備也是采用雙光子光刻技術。在維爾紐斯大學的研究中，這種技術被稱為“超快激光3D光刻”或“3DLL”。
在研究過程中使用的打印材料是玻璃陶瓷，或稱為“溶膠 -凝膠” SZ2080，這是一種改良的硅膠和光聚合物，經常應用在醫學研究中，用于制造UV保護涂層或量子點。
在研究中，科研人員通過超快激光3D光刻技術打印了Vytis微型雕塑、立陶宛徽章、立方體、光子晶體結構和六角形支架等樣件。
打印后的微結構（左）與燒結后的微結構（右）。 圖片來源：維爾紐斯大學。
3D科學谷了解到，研究團隊采用的是多步驟工藝，首先SZ2080材料被3D打印成所需形狀，有幾百納米大小。
展開 《Matter》：瑪麗玫瑰木材中非均相的位置和特征！
該技術已成功地應用于表征廣泛的材料，包括生物礦物和能源材料等。與以往應用于文化遺產研究的傳統吸收CT相比，衍射層析成像可以獲得任何存在的結晶相的結構信息。對于顯示長程有序，因此可以用布拉格散射進行研究的材料，XRD-CT提供了一種非常強大的結構解釋技術。在過去的二十年中，對分布函數(PDF)分析已經成為表征局部有序物質(即納米結構或非晶材料)的一種成熟技術，傳統的X射線衍射對其提出了挑戰。全散射方法，如PDF技術，允許在不存在長程有序的情況下測定材料的結構——這是傳統粉末X射線衍射的限制，在這種方法中，所有單元中的結構被平均。這在評估可能存在微小納米結構或非晶材料的系統時尤其重要，例如在海洋考古木材中。
在這里，研究者將基于同步加速器的計算機斷層掃描全散射方法應用于瑪麗羅斯龍骨木上，提供了不同長度和濃度尺度的多種嵌入物種的有價值的位置分辨結構信息。研究者在木材中發現了5納米的硫化鋅納米顆粒，推測是在海底厭氧條件下進行硫能量循環的細菌沉積物。鑒定表明，這些物質應是木材移到有氧環境時發生酸侵蝕的前體。
展開 Moldex3D模流分析材料性質與模型之PVT模型
熱塑性材料通常會因為壓力及溫度改變而有明顯的體積變化，因此實務上我們必須能表征出該材料之壓力-比容-溫度關系 (PVT)，以便能計算材料在保壓階段時的可壓縮性，并能進一步預估產品于頂出后之收縮與翹曲情形。
比容與壓力溫度的相關性
本質上，不同類型的熱塑性材料在其轉化溫度 (transition temperature) 時，會展現出不一樣的PVT行為，當我們檢視材料之比容-溫度特性圖時，半結晶狀的熱塑性材料會有一個非常明顯且突變的體積變化；然而非晶性熱塑性材料(或俗稱不定型材料)則僅在其特定的體積-溫度曲線上有斜率的改變。下圖可看出這兩種熱塑性材料的差異，其中比容可定義為每單位質量熱塑性材料所占有的體積。
比容與壓力結晶性的相關性
因此，好的PVT模型應該清楚表征比容和溫度及壓力之間的關系，并且明白指出這兩種熱塑性材料的差異。
比容常數模型Constant Specific Volume
比容常數模型是假設比容和溫度壓力無關，即假設為不可壓縮的材料。
Spencer-Gilmore 模型
此模型是由理想氣體定律加上溫度跟壓力對比容的修正項所推導出來的。
Tait 模型
Tait 模型的原始版本，其中有五個參數必須要給定b1, b2, b3, b4 及C。
Tait 修正模型 1
此模型是原始版本的修正版，其中有七個參數須給定。
其中 Tt 是隨壓力變化之材料轉化溫度；由式子可知，較高的壓力下通常其材料轉化溫度也較高。
Tait 修正模型 2
因為前述Tait之第一種修正模型并不能解釋半結晶性材料的于比容-溫度關系中具有之突變特性，所以后進者提出以下之修正模型。
展開 