科技日报记者 梁乐
记者5月7日从中国科学院新疆理化技术研究所（以下简称新疆理化所）获悉，该所近期成功研发出一种新型高温热敏材料。该材料的热敏电阻可适用于25℃到1300℃的超宽温区，有望成为冶金、航空航天等行业经济性最佳的高温传感器解决方案之一。相关研究成果近期发表于国际期刊《材料快报》。
据介绍，热敏电阻若想长期适用于25℃到1300℃的超宽温区，NTC（负温度系数）热敏陶瓷不仅需要在高温下具备高电阻率，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热敏陶瓷研究的难点。另外，这种超宽的适用温区，还对NTC热敏陶瓷在高温下的老化特性提出了更高要求。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热敏陶瓷的电性能往往难以保持稳定而表现出较差的高温老化特性。
为攻克这些难题，新疆理化所材料物理与化学研究室科研团队，采用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。
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℃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。
论文通讯作者、新疆理化所副研究员高博介绍，通过分子动力学模拟研究，他们还发现，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，提供了一种快速高效的方法。
