【儀表網(wǎng) 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(tǒng)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(tǒng)熱敏材料在極端溫度下易出現(xiàn)性能失穩(wěn)，而新興高熵材料通過多元素晶格占據(jù)形成的熵穩(wěn)效應，展現(xiàn)出優(yōu)異的熱/化學穩(wěn)定性和協(xié)同強化機制。但是，高熵材料的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，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(shù)的關(guān)鍵。
中國科學院新疆理化技術(shù)研究所科研人員基于氧空位調(diào)控機制，開發(fā)出具有褐釔鈮礦結(jié)構(gòu)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(xié)同異價取代策略。該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(xié)同作用，提升了氧空位濃度，優(yōu)化了材料的電子傳輸特性和晶格穩(wěn)定性。研究顯示，氧空位誘導的熵穩(wěn)定機制可同步調(diào)控材料微結(jié)構(gòu)，形成孿晶疇、晶格畸變與動態(tài)重構(gòu)等穩(wěn)定特征，強化了溫度-電阻響應的線性度和高溫服役穩(wěn)定性。
通過上述策略制備的高熵熱敏陶瓷材料展現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境適應性，可用于223K至1423K寬溫區(qū)，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(shù)(1423K條件下系數(shù)為0.223%/K)，為新型極端環(huán)境熱敏陶瓷材料的設(shè)計合成提供了理論指導。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《微尺度》(Small)上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院青年創(chuàng)新促進會會員項目等的支持。
高溫熱敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系
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