La investigación en materiales cerámicos termorresistentes de alta temperatura ha cobrado un nuevo impulso gracias a un equipo de científicos de la Academia China de Ciencias. Este avance responde a la creciente necesidad de sensores que mantengan su estabilidad y sensibilidad en entornos extremos, como los motores de aeronaves y los sistemas térmicos de vehículos de nueva energía.
Los materiales convencionales han mostrado limitaciones en su rendimiento bajo estas condiciones críticas. En contraposición, los nuevos materiales de alta entropía presentan una estabilidad térmica y química superior, gracias al efecto de estabilización por entropía. Sin embargo, su desorden en la red cristalina provoca una disminución en la movilidad de los portadores de carga, lo que a su vez afecta negativamente el rendimiento del transporte eléctrico y limita la precisión en las respuestas de resistencia a temperatura alta.
Desarrollo de cerámicas termorresistentes de alta entropía
Con el objetivo de superar estos retos, el equipo de investigación ha desarrollado cerámicas termorresistentes de alta entropía basadas en niobatos de tierras raras (ReNbO4), empleando una estrategia de regulación de vacantes de oxígeno. Este enfoque innovador combina la estabilización por entropía, inducida por la dopaje de múltiples iones de tierras raras en los sitios A, con el dopaje alovalente de Sr²⁺, lo que incrementa significativamente la concentración de vacantes de oxígeno. Este proceso optimiza tanto las propiedades de transporte electrónico del material como su estabilidad en la red cristalina.
El estudio, publicado en la revista Small, evidencia que la estrategia de estabilización por entropía inducida por vacantes de oxígeno modula simultáneamente la microestructura del material. Este fenómeno genera características estabilizadas, tales como dominios gemelos, distorsiones de la red y una reconstrucción dinámica, mejorando así tanto la linealidad de la respuesta temperatura-resistencia como la estabilidad a altas temperaturas.
Los materiales sintetizados presentan una notable adaptabilidad ambiental, siendo operativos en un amplio rango de temperaturas que abarca desde 223 K hasta 1423 K. Además, su estabilidad térmica es excepcional, con un desplazamiento por envejecimiento de menos del 1% tras 1,000 horas de envejecimiento a alta temperatura. Con un coeficiente de temperatura de resistencia de 0.223 %/K a 1423 K, estos avances proporcionan una guía teórica para el diseño de cerámicas termorresistentes novedosas, destinadas a funcionar en entornos extremos.
Más información: Hao Sun et al, Synergistic Entropy Engineering with Oxygen Vacancy: Modulating Microstructure for Extraordinary Thermosensitive Property in ReNbO4 Materials, Small (2025). DOI: 10.1002/smll.202408952.
Fuente: Academia China de Ciencias.
