2月19日消息，中國科學院新疆理化技術(shù)研究所隊成功開發(fā)出了具有褐釔鈮礦結(jié)構(gòu)的稀土鈮酸鹽(RENbO4，RE為稀土元素)高熵熱敏陶瓷材料，突破了寬溫域高精度傳感關(guān)鍵技術(shù)，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)表于國際期刊《微尺度》上。
據(jù)了解，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(yīng)，展現(xiàn)出優(yōu)異的熱/化學穩(wěn)定性和協(xié)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(yīng)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。
研究人員基于熵工程協(xié)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(yīng)與Sr2+異價摻雜的協(xié)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(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，有效強化了溫度—電阻響應(yīng)的線性度及高溫服役穩(wěn)定性。
通過該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(yīng)性，兼顧晶格穩(wěn)定性與載流子傳輸效率。
這種新材料可用于223-1423K(相當于零下50℃到1150℃)的寬溫區(qū)，而且具有極高的熱穩(wěn)定性，1000小時后老化漂移率還不到1%，以及極高的電阻溫度系數(shù)，1423K條件下系數(shù)只有0.223%/K。
新材料非常適合航空航天發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測、新能源汽車熱管理系統(tǒng)等高溫極端環(huán)境。
高溫熱敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系
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