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高熵氧化物 (Mn0.2Co0.2Fe0.2Ni0.2Zn0.2)3O4 热敏陶瓷的设计合成及稳定性研究

批准号:
52102149
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王军华
学科分类:
功能陶瓷
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王军华

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高熵陶瓷通常是指由5种或5种以上组元形成的多主元固溶体,由于其新奇的“高熵效应”展现出优异力学、电学、热学等性能,近年来已经成为陶瓷领域的研究热点。针对商用的热敏陶瓷在长期使用过程中,存在阻值漂移导致测量精度下降的缺陷,降低热敏陶瓷内阳离子扩散是解决该问题的关键。本项目以提高热敏陶瓷材料的结构稳定性为出发点,将“高熵合金”的成分设计思想与过渡金属氧化物热敏陶瓷的制备方法相结合,通过筛选氧化物种类、优化晶相形成条件,设计出熵稳定的单相固溶体结构。建立高熵陶瓷微观结构与热敏特性的关联,实现结构可控,且具有负温度系数热敏特性的高熵氧化物材料的可再现制备;阐明高熵陶瓷在老化前后微观结构、电阻率、热敏常数和老化特性之间的影响规律,获得性能稳定的热敏陶瓷,为新型热敏陶瓷材料体系的构建提供理论基础和科学依据。
英文摘要
High entropy ceramic with novel "High entropy effect" has become the research hotspots in ceramic field in recent years. It shows excellent mechanical, electrical and thermal properties. In order to solve the defect of measuring accuracy caused by resistance drift in commercial thermal ceramics, it is the key to reduce the cation diffusion in thermal ceramics. This project is combining the design idea of "high entropy alloy" with the preparation method of Transition metal oxides heat-sensitive ceramics to improve the structural stability of heat-sensitive ceramic materials. The structure of entropy-stable single-phase solid solution was designed by selecting oxide species and optimizing the forming conditions of crystal phase. The relationship between microstructure and thermal sensitivity of high entropy ceramics was established to realize the reconstruction of high entropy oxide materials with controllable structure and negative temperature coefficient thermal sensitivity The effects of microstructure, resistivity, thermal constant and aging properties of high entropy ceramics before and after aging were discussed. So the stable thermistor are obtained, which provides a new method for the design and synthesis of new thermosensitive ceramic materials.
高熵陶瓷具有“高熵效应”及优越的结构稳定性,具有耐腐蚀、抗氧化和高温性能优异等特点,是航空航天、船舶工业、精密器件等领域优异原材料。针对目前热敏陶瓷在长期使用过程中,存在阻值漂移导致测量精度下降的缺陷。本项目以Co-Mn-Ni-Fe-Zn-O热敏陶瓷为研究对象,研究了初始氧化物类型、烧结工艺、微观结构、功能相、晶粒及晶界效应等因素对负温度系数热敏材料的热敏性能影响规律,获得了空间群为 Fd3m的单一的立方尖晶石结构及良好的NTC特性。该材料的材料常数 B25/50 值在 3634–3911 K 范围,室温电阻率 ρ25 在 8832–14867 Ω∙cm 之间。其在 125 ℃加速老化条件下老化 600 h 后的老化漂移率∆R/R0 达到 0.19 %,具有较高的老化稳定性,基于该材料研制的热敏电阻器其月稳定性优于0.001℃/月。通过本项目的实施,建立一种制备高性能高熵热敏材料的新方法,并阐明了高熵热敏材料的导电机制,也为制备高灵敏度、高稳定热敏电阻提供了新的思路,为开发高性能热敏电阻器件的研制提供了科学依据和技术支持。
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