我国突破1150℃高温难题，成功研发高熵高温热敏陶瓷材料
中国科学家成功突破高温极限，开创高熵高温热敏陶瓷新时代
2月19日，中国科学院新疆理化技术研究所团队成功研发出一种具有褐钇铌矿结构的稀土铌酸盐（RENbO4，RE代表稀土元素）高熵热敏陶瓷材料，攻克了宽温域高精度传感的技术难题，为新型极端环境下热敏陶瓷材料的设计与合成提供了理论依据。
相关研究成果发表于国际期刊《微尺度》上。
据了解，传统热敏材料在极端温度条件下容易出现性能不稳定的问题，而新型高熵材料凭借其多元素组成的复杂晶格结构，表现出卓越的热稳定性和化学稳定性，同时具备显著的协同强化效果。
然而，其强晶格无序性导致载流子迁移率骤降，这不仅引发了电子散射加剧，还使得电输运性能显著下降，从而严重影响了高温下的电阻-温度响应精度。这种现象揭示了在材料科学领域中，如何有效控制晶格无序性和提高载流子迁移率依然是亟待解决的关键问题。未来的研究或许需要更多地关注材料制备工艺的优化以及新型材料的设计，以期在高温环境下实现更精准的电阻-温度响应。
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。
研究人员利用熵工程与异价取代策略的协同效应，通过在A位引入多种稀土离子产生的熵稳定效应与Sr2异价掺杂的相互配合，大幅增加了氧空位的浓度，从而改善了材料的电子传输性能和晶格稳定性。
研究表明，氧空位诱导的熵稳定机制能够同时调节材料的微观结构，促生孪晶畴、晶格畸变和动态重构等稳定特性，从而显著提升了温度-电阻响应的线性度以及在高温环境下的服役稳定性。
采用该策略制备的高熵热敏陶瓷材料表现出卓越的环境适应能力，同时保持了晶格稳定性和载流子输运性能。
这种新材料在223-1423K（相当于零下50℃到1150℃）的宽温区内表现出色，不仅具备极高的热稳定性，在1000小时后老化漂移率不到1%，而且其电阻温度系数也非常高，1423K条件下的系数为0.223%/K。这一材料的优越性能令人印象深刻，尤其是在极端温度变化环境下，它能够保持稳定的性能，这无疑将为工业应用提供新的可能性。此外，如此高的电阻温度系数意味着其在温度测量和控制领域具有巨大潜力，可能会引发相关技术的重大革新。
新材料在高温极端环境下表现出色，特别适用于航空航天发动机状态监测以及新能源汽车热管理系统。这些材料不仅能够承受极高的温度，还能有效提升系统的可靠性和耐久性。这无疑为航空航天和新能源汽车行业带来了新的发展机遇，有望推动相关技术实现突破性进展。此外，新材料的应用还将有助于提高能源利用效率，减少能耗，对环境保护具有重要意义。
高温热敏陶瓷微观结构与性能关系