【儀表網 研發(fā)快訊】針對航空航天發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測及新能源汽車熱管理系統等高溫極端環(huán)境下的應用需求，高溫熱敏傳感器需同時具備寬溫域穩(wěn)定性與高靈敏度特性。傳統熱敏材料在極端溫度下易出現性能失穩(wěn)，而新興高熵材料通過多元素晶格占據形成的熵穩(wěn)效應，展現出優(yōu)異的熱/化學穩(wěn)定性和協同強化機制。然而，其強晶格無序性導致載流子遷移率驟降，引發(fā)電子散射加劇與電輸運性能劣化，嚴重制約高溫下的電阻-溫度響應精度。因此，開發(fā)兼顧晶格穩(wěn)定性與載流子傳輸效率的新型熱敏材料體系，成為突破寬溫域高精度傳感技術的關鍵。
針對這一問題，中國科學院新疆理化技術研究所科研人員基于氧空位調控機制，成功開發(fā)出具有褐釔鈮礦結構的稀土鈮酸鹽(RENbO4，RE為稀土元素)高熵熱敏陶瓷材料，創(chuàng)新性地提出熵工程協同異價取代策略，通過多元稀土離子A位引入導致的熵穩(wěn)定效應與Sr2+異價摻雜的協同作用，顯著提升了氧空位濃度，進而優(yōu)化了材料的電子傳輸特性和晶格穩(wěn)定性。研究表明，氧空位誘導的熵穩(wěn)定機制可同步調控材料微結構，形成孿晶疇、晶格畸變與動態(tài)重構等穩(wěn)定特征，有效強化了溫度-電阻響應的線性度及高溫服役穩(wěn)定性。所制備的材料展現出優(yōu)異的環(huán)境適應性，可用于223-1423K寬溫區(qū)，且兼具高的熱穩(wěn)定性(1000小時后老化漂移率<1%)和電阻溫度系數(1423 K 條件下系數為0.223 %/K)，為新型極端環(huán)境熱敏陶瓷材料的設計合成提供了理論指導。
相關研究成果在《Small》期刊上發(fā)表，新疆理化技術研究所為唯一通訊單位，常愛民研究員和張博研究員為通訊作者，博士研究生孫皓為第一作者。該研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金、新疆天山英才等項目的資助。
圖. 高溫熱敏陶瓷微觀結構與性能關系
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