Проблема и актуальность
С ростом отношения тяги к весу в авиадвигателях рабочая температура их компонентов в горячей части постоянно увеличивается. Это предъявляет более строгие требования к характеристикам температурных датчиков. Среди потенциальных решений перспективным кандидатом для датчиков нового поколения становятся терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), известные своей низкой стоимостью, небольшими размерами и быстрым откликом. Однако экстремально высокие температуры значительно усложняют обеспечение структурной и электрической стабильности термочувствительной керамики — основного компонента таких терморезисторов.
Решение
Исследовательская группа из Синьцзянского института физики и химии (XTIPC) Китайской академии наук разработала термочувствительную керамику на основе редкоземельного танталата (RETaO₄) с использованием стратегии высокой энтропии. Их результаты были опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry A.
Исследователи ввели в систему материалов большое количество разнообразных полиэдров [REO₈], что вызывает значительные искажения решётки. Это искажение перекрывается и компенсируется уже существующими искажениями связанных между собой полиэдров [TaO₆] в исходной структуре, создавая «локализованное чередующееся напряжённое состояние». Этот синергетический эффект компенсации повышает как структурную, так и электрическую стабильность материала.
Результаты
Синтезированная высокоэнтропийная керамика (HoErTmYbLu)₀,₂TaO₄ демонстрирует исключительную измерительную чувствительность в сверхшироком диапазоне температур (673–1773 K). При непрерывном тестировании в течение 180 секунд она показывает низкое относительное стандартное отклонение (RSD) сопротивления, равное 0,0311. После 50 часов старения коэффициент старения стабилизируется с колебаниями, ограниченными 3%.
Заключение
Исследование подчёркивает потенциал стратегии высокой энтропии в разработке высокоэффективной высокотемпературной термочувствительной керамики.
Предоставлено Китайской академией наук.