研發成功！我國材料領域取得關鍵突破
2025-02-20 13:47:43
作者：材料科學與工程 來源：材料科學與工程
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針對航空航天發動機狀態監測及新能源汽車熱管理系統等高溫極端環境下的應用需求，高溫熱敏傳感器需同時具備寬溫域穩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，而新興高熵材料通過多元素晶格占據形成的熵穩效應，展現出優異的熱/化學穩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，開發兼顧晶格穩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，進而優化了材料的電子傳輸特性和晶格穩定性。研究表明，氧空位誘導的熵穩定機制可同步調控材料微結構，形成孿晶疇、晶格畸變與動態重構等穩定特征，有效強化了溫度-電阻響應的線性度及高溫服役穩定性。所制備的材料展現出優異的環境適應性，可用于223-1423K寬溫區，且兼具高的熱穩定性（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。相關研究成果以題為Synergistic Entropy Engineering with Oxygen Vacancy: Modulating Microstructure for Extraordinary Thermosensitive Property in ReNbO4 Materials在《Small》期刊上發表，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、中國科學院青年創新促進會、新疆維吾爾自治區自然科學基金、新疆天山英才等項目的資助。https://doi.org/10.1002/smll.202408952
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