详情

　　近年来，我国冶金、特种加工、汽车、航空航天等行业的技术升级，对1000℃以上的温度精确测控需求日益增长。负温度系数(NTC，Negative Temperature Coefficient)热敏电阻由于其灵敏度高、响应快速、结构简单以及成本低廉而被视为是经济性最佳的高温传感器解决方案之一，因此受到了广泛关注。
 

　　热敏电阻若想长期适用于25～1300℃的超宽温区，NTC热敏陶瓷必须在高温下具备高电阻率的同时，还必须兼顾适宜的材料常数B值。然而，由于电阻率和B值之间存在正相关关系，因此二者的协同反向调控一直是NTC热敏陶瓷的研究难点。另外，随着适用温度的提高，尤其是在超过1000℃后随着导电机制的改变以及晶体结构的严重畸变，传统高温NTC热敏陶瓷往往难以保持稳定而表现出较差的高温老化特性。近日，中国科学院新疆理化技术研究所材料物理与化学研究室科研团队通过多主元稀土元素的共掺杂策略，研发出具有高熵特征的钙钛矿型铬酸盐基高温NTC热敏陶瓷(La0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2Gd0.2)CrO3。研究发现，基于多主元稀土元素间的协同机制，该材料不仅具备不高于2400K的材料常数B值，还在高温下表现出较高电阻率，由此可满足最高1300℃、最低至室温25°C的超宽温区内潜在测控温应用需求。此外，多主元共掺杂所构筑的“熵稳定”结构还在高温下表现出优异的结构稳定性，从而赋予该材料在适用温度上限1300℃的高温下优异的电学稳定性。更重要的是，研究还发现通过分子动力学模拟获得的材料超晶胞在高温下的总能量变化与其在该温度下的老化特性存在关联性，这为评估高温热敏陶瓷的老化特性提供了一种快速和高效的方法。
 

　　相关研究成果以“High-entropy Chromate (La0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2Gd0.2)CrO3 for High-Temperature NTC Thermistors”为题发表于Scripta Materialia(2024，246，116087)，中国科学院新疆理化技术研究所为唯一完成单位，博士研究生陈肖伊为第一作者，其导师高博副研究员为本文通讯作者，孔雯雯副研究员为共同通讯作者，该研究工作得到新疆维吾尔自治区天山英才青年科技创新人才培养计划、新疆维吾尔自治区杰出青年科学基金、中国科学院青年创新促进会以及中国科学院西部青年学者项目的资助。
 

　　
图1 (La0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2Gd0.2)CrO3陶瓷的结构及电学性能：
 

　　(a)XRD图谱；(b)阻温关系图；
 

　　(c)AIMD模拟在1300℃的总能量波动(插图为热浴15ps前后的晶体结构变化)；
 

　　(d)1300℃下电阻漂移(ΔR/R0)随老化时间的变化；