新疆理化所在高温热敏陶瓷材料方面研究取得进展

日期： 2025-02-18

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来源：中国科学院新疆理化技术研究所

针对航空航天发动机状态监测及新能源汽车热管理系统等高温极端环境下的应用需求，高温热敏传感器需同时具备宽温域稳定性与高灵敏度特性。传统热敏材料在极端温度下易出现性能失稳，而新兴高熵材料通过多元素晶格占据形成的熵稳效应，展现出优异的热/化学稳定性和协同强化机制。然而，其强晶格无序性导致载流子迁移率骤降，引发电子散射加剧与电输运性能劣化，严重制约高温下的电阻-温度响应精度。因此，开发兼顾晶格稳定性与载流子传输效率的新型热敏材料体系，成为突破宽温域高精度传感技术的关键。

针对这一问题，中国科学院新疆理化技术研究所科研人员基于氧空位调控机制，成功开发出具有褐钇铌矿结构的稀土铌酸盐（RENbO4，RE为稀土元素）高熵热敏陶瓷材料，创新性地提出熵工程协同异价取代策略，通过多元稀土离子A位引入导致的熵稳定效应与Sr2+异价掺杂的协同作用，显著提升了氧空位浓度，进而优化了材料的电子传输特性和晶格稳定性。研究表明，氧空位诱导的熵稳定机制可同步调控材料微结构，形成孪晶畴、晶格畸变与动态重构等稳定特征，有效强化了温度-电阻响应的线性度及高温服役稳定性。所制备的材料展现出优异的环境适应性，可用于223-1423K宽温区，且兼具高的热稳定性（1000小时后老化漂移率<1%）和电阻温度系数（1423 K 条件下系数为0.223 %/K），为新型极端环境热敏陶瓷材料的设计合成提供了理论指导。

相关研究成果在《Small》期刊上发表，新疆理化技术研究所为唯一通讯单位，常爱民研究员和张博研究员为通讯作者，博士研究生孙皓为第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、新疆维吾尔自治区自然科学基金、新疆天山英才等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202408952

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