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    【科技日報】25℃到1300℃ 適用超寬溫區新型高溫熱敏材料研發成功

    發布時間:2024-05-08

    記者5月7日從中國科學院新疆理化技術研究所(以下簡稱新疆理化所)獲悉,該所近期成功研發出一種新型高溫熱敏材料。該材料的熱敏電阻可適用于25℃到1300℃的超寬溫區,有望成為冶金、航空航天等行業經濟性最佳的高溫傳感器解決方案之一。相關研究成果近期發表于國際期刊《材料快報》。

    據介紹,熱敏電阻若想長期適用于25℃到1300℃的超寬溫區,NTC(負溫度系數)熱敏陶瓷不僅需要在高溫下具備高電阻率,還必須兼顧適宜的材料常數B值。然而,由于電阻率和B值之間存在正相關關系,因此二者的協同反向調控一直是NTC熱敏陶瓷研究的難點。另外,這種超寬的適用溫區,還對NTC熱敏陶瓷在高溫下的老化特性提出了更高要求。隨著適用溫度的提高,尤其是在超過1000℃后,隨著導電機制的改變以及晶體結構的嚴重畸變,傳統高溫NTC熱敏陶瓷的電性能往往難以保持穩定而表現出較差的高溫老化特性。

    為攻克這些難題,新疆理化所材料物理與化學研究室科研團隊,采用多主元稀土元素的共摻雜策略,研發出具有高熵特征的鈣鈦礦型鉻酸鹽基高溫NTC熱敏陶瓷。

    研究發現,基于多主元稀土元素間的協同機制,該材料不僅具備不高于2400K的材料常數B值,還在高溫下表現出較高電阻率,由此可滿足最高1300℃、最低至室溫25℃的超寬溫區內潛在測控溫應用需求。此外,多主元共摻雜所構筑的“熵穩定”結構還在高溫下表現出優異的結構穩定性,從而賦予該材料在適用溫度上限1300℃的高溫下優異的電學穩定性。

    論文通訊作者、新疆理化所副研究員高博介紹,通過分子動力學模擬研究,他們還發現,材料超晶胞在高溫下的總能量變化與其在該溫度下的老化特性存在關聯性,這為評估高溫熱敏陶瓷的老化特性,提供了一種快速高效的方法。

    (記者:梁樂;原文鏈接

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