中科院新疆物化所开发钼调控高熵铌酸盐陶瓷实现宽温区线性测温

中国科学院新疆物理化学技术研究所Bo Zhang团队于2026年7月10日在《先进陶瓷》（Journal of Advanced Ceramics）发表研究成果，成功开发出一种钼（Mo）调控的高熵铌酸盐陶瓷材料，可在-50至1250℃的极端温度区间内实现高度线性的电阻-温度响应，且长期热老化后电阻漂移率低于1.1%。该材料突破了传统负温度系数（NTC）热敏陶瓷在高温下因相分解、晶界迁移和缺陷重分布导致的非线性与信号漂移难题，为超音速飞行器、航空发动机、燃气轮机及高温反应堆等关键装备的实时温度监测提供了新材料解决方案。

研究团队设计的陶瓷组成为(Ca₀.₂La₀.₂Ce₀.₂Eu₀.₂Gd₀.₂)Nb₁₋ₓMoₓO₄，通过固相反应结合两步烧结工艺制备：先在1100℃预烧结，再经1400℃致密化并保温至1280℃，以抑制晶粒过度生长。密度泛函理论计算表明，钼原子在铌位取代比在传统CeNbO₄结构中更稳定，有利于形成均匀的高熵环境。X射线衍射、高分辨透射电镜及像差校正扫描透射电镜分析证实，当钼含量x=0.2时，材料仍保持单斜C2/c晶体结构，未发生相变。进一步的原子位移分析显示，钼掺杂使平均阳离子位移幅度从12.02 pm提升至18.16 pm，显著增强了局部晶格畸变，重构了载流子迁移的能垒分布。

电学性能测试表明，优化后的HEN-0.2Mo陶瓷在高温下表现出优异的载流子浓度与迁移率补偿机制，电阻率随温度变化呈高度线性的阿伦尼乌斯行为，相关系数达0.99907，B值波动仅4.44%，远优于其他钼掺杂比例样品。阻抗谱分析揭示其晶粒与晶界活化能分别为1.209 eV和1.218 eV，能量差仅0.009 eV，几乎完全匹配，有效避免了不同导电路径间的竞争切换，从而保障了信号稳定性。加速老化实验显示，在1250℃持续1000小时后，材料相对密度由初始的83.6%提升至约91.3%，局部应力场趋于均质化，电阻漂移稳定在1.09%水平，归因于后期致密化、晶界松弛及铁弹性应变自适应调节，而非自愈合机制。

该材料在航空航天、能源动力系统中的应用前景明确。对于中国从事高端制造、配套或高温工业设备集成的企业而言，此成果意味着未来可选用具备宽温域、高精度、长寿命特性的国产热敏元件，减少对进口高温传感器的依赖。尤其在超音速推进系统、高温燃气轮机叶片监测、核聚变装置内部温度反馈等严苛工况中，该材料有望替代现有氧化物基热敏陶瓷，降低因测温失准引发的安全风险。采购端需关注其实际封装兼容性、批量生产一致性及是否具备IEC 60216或ISO 11270等认证；生产端则应重视其烧结工艺窗口窄、对原料纯度要求高等特性，建议优先采用国产高纯氧化物粉末进行试制验证。

值得注意的是，尽管材料本身已具备优异性能，但其工程化落地仍面临挑战：如何实现与微电子封装的可靠集成、建立标准化预老化流程以消除初始漂移、制定定期校准方案等，尚需后续研究支持。该成果虽源自基础科研，但已具备向产业转化的潜力，为中国在高温功能陶瓷领域实现“卡脖子”技术突破提供了重要范例。对于参与科技、高端装备供应链或新材料研发的中国企业而言，应密切关注该材料在后续传感器模块中的集成进展，提前布局相关技术储备与供应链协同。