【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于材料應用領域。具體地，本專利技術涉及一種高熵二維材料在溫度計中的用途和溫度計。
技術介紹
1、與低溫技術相關的最重要的進展之一是低溫測溫技術的發展。低溫溫度測量在醫藥儲存、實驗室研究、工業冷卻系統、超導實際應用、航空航天和國防領域中起著不可或缺的重要作用。過去二十多年中，多種形式和材質的溫度計被相繼開發，如鉑溫度計、鍺等半導體溫度計、銠鐵溫度計、碳玻璃溫度計以及二極管溫度計。
2、這些溫度計都存在某些顯著的缺陷。比如，鉑電阻溫度計對使用環境非常穩定，但由于低溫下金屬的電阻迅速減小，從而電阻值對于溫度變化的靈敏度也大幅減小。因此，鉑溫度計一般用于13k以上的溫度探測。摻雜鍺等半導體溫度計在100k之上電阻出現隨溫度的非單調變化，因此其使用溫度一般在100k以下。銠鐵電阻溫度計可覆蓋0.65k至400k的溫度范圍，但由于存在磁性元素，在磁場中存在顯著的磁阻效應，因此不能用于強磁場下的溫度探測。硅和砷化鎵二極管可覆蓋整個1.4k至500k的溫度范圍，但在高磁場下使用受到限制。碳玻璃電阻溫度計可覆蓋1.4k至325k的溫度范圍，且對磁場具有良好的適應性，但由于碳玻璃在多次熱循環后非晶顆粒之間容易產生晶化、晶界等缺陷，長期穩定性明顯不如鉑、鍺、銠鐵電阻溫度計。
3、在許多應用領域，上述溫度計不能夠滿足使用需求。比如，在高能領域需要長期監測超導磁體和檢測低溫制冷劑的液化和分配。現有技術的溫度計也不能滿足在航空航天中的液態燃料、推進系統和冷卻設備的監測和控制，以及基礎科研中恒溫器對于溫度計精度、穩定性的要
4、鑒于低溫測溫領域理想工作物質的缺失，1989年美國能源部為超導超級對撞機中溫度計的研發資助了一個三階段的研究項目。這導致一種基于zrn基的溫度計的誕生，被命名為cernox。cernox根據不同牌號可以覆蓋0.1-420k的溫度范圍，受磁場、輻射影響較小，長期使用電阻值的變化小。因此目前國際上絕大部分低溫恒溫器均采用cernox作為溫度計。然而cernox的專利是美國lake?shore?cryotronics,inc.公司擁有(us5367285a)，國內外的溫度計均需要從該公司采購。現有的cernox溫度計的成本高昂、制備工藝復雜。
5、高熵二維材料是近年來的研究熱點，主要集中在研究催化、磁性、光學、超導性質。比如現有論文high?entropy?van?der?waals?materials(adv.sci.2022,9,2203219)公開了其在催化、磁性、光學應用。
6、因此，目前急需開發性能與cernox相當的新的電阻型寬溫區高精度溫度計。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種新的溫度計。該溫度計采用了高熵二維材料作為感溫元件。該溫度計的使用溫度范圍非常寬，比如可以在0.3k-420k之間進行使用。此外，本專利技術的溫度計具備寬溫區、高穩定性、高精度、耐輻照的特點。
2、本專利技術的上述目的是通過以下技術方案實現的。
3、在本專利技術上下文中，術語“高熵二維材料”是指具有3種以上選自元素周期表iiib至vb族的金屬元素構成的二維材料。
4、一方面，本專利技術提供一種高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述溫度計的感溫元件由具有以下化學式的材料組成：
5、hex2±δ，0≤δ≤0.5；
6、其中，he為選自元素周期表iiib至vb族的3-15種金屬元素；每種金屬元素的原子占比各自獨立地為3％-60％且各金屬元素的原子占比之和等于100％；
7、x為選自o、s、se和te的一種或幾種。
8、本專利技術的專利技術人出乎意料地發現，當將高熵二維材料用于溫度計的感溫元件時，可以制備出寬溫區、高穩定性、高精度、耐輻照的溫度計。不希望受理論束縛，本專利技術的構思基于以下四點：對于寬的單調溫度測量范圍，高熵無序體系的電學曲線表現出變程躍遷行為，從而滿足在低溫區不會快速發散；對于磁不敏感的要求，高熵體系由于其元素組合的多樣性，可以通過挑選合適元素從而獲得一個磁阻變化小的材料體系；對于循環壽命，高熵二維薄層是單晶，從而有效減小晶界和晶粒間弱鏈接在反復升降溫過程中帶來的變化；再者高熵材料體系相比單組員擁有更好的穩定性、耐腐蝕性高，以及高熵體系還具有自治愈(self-healing)特性，對輻照損傷具有較好的耐受性，有望用于航空航天以及大型加速器線站等特殊使用環境的要求。
9、優選地，在本專利技術所述的高熵二維材料在溫度計中的用途中，所述溫度計的使用溫度范圍為0.3k-420k。
10、優選地，在本專利技術所述的高熵二維材料在溫度計中的用途中，所述感溫元件由以塊材、薄片、薄膜形式的所述材料構成。
11、優選地，在本專利技術所述的高熵二維材料在溫度計中的用途中，所述材料為單晶或者多晶。
12、優選地，在本專利技術所述的高熵二維材料在溫度計中的用途中，所述溫度計的電阻值為1毫歐至500兆歐。
13、另一方面，本專利技術提供一種溫度計，其中，所述溫度計的感溫元件由具有以下化學式的材料組成：
14、hex2±δ，0≤δ≤0.5；
15、其中，he為選自元素周期表iiib至vb族的3-15種金屬元素；每種金屬元素的原子占比各自獨立地為3％-60％且各金屬元素的原子占比之和等于100％；
16、x為選自o、s、se和te的一種或幾種。
17、優選地，在本專利技術所述的溫度計中，所述溫度計的使用溫度范圍為0.3k-420k。
18、優選地，在本專利技術所述的溫度計中，所述感溫元件由以塊材、薄片、薄膜形式的所述材料構成。
19、優選地，在本專利技術所述的溫度計中，所述材料為單晶或者多晶。
20、優選地，在本專利技術所述的溫度計中，所述溫度計的電阻值為1毫歐至500兆歐。
21、在本專利技術的具體實施方案中，高熵二維材料的塊體單晶樣品可以通過氣相輸運的方法得到：首先將選擇的高熵he元素與x元素按1：2的比例混合(he元素總原子占比記為1)，抽真空封管后燒至600℃～1100℃，保溫1天后冷卻，得到hex2-δ的多晶樣品；隨后將粉末hex2-δ樣品與一定量的碘單質封管，利用碘作為傳輸介質。石英管兩端分別放置在1000-1100℃和800-950℃的管式爐中1-30天。通過淬火的方式冷卻至室溫，得到高熵二維材料的塊體單晶。
22、在本專利技術的具體實施方案中，高熵二維材料薄膜溫度計可以通過以下兩種途徑得到：
23、一個途徑是利用機械剝離的方法，將獲得的高熵二維材料的塊體單晶通過膠帶剝離的方法解理到理想厚度并黏貼到藍寶石襯底；然后，通過熱蒸發鍍膜、磁控濺射鍍膜或電子束本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述溫度計的感溫元件由具有以下化學式的材料組成：
2.根據權利要求1所述的高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述溫度計的使用溫度范圍為0.3K-420K。
3.根據權利要求1所述的高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述感溫元件由以塊材、薄片、薄膜形式的所述材料構成；
4.根據權利要求1所述的高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述溫度計的電阻值為1毫歐至500兆歐。
5.一種溫度計，其中，所述溫度計的感溫元件由具有以下化學式的材料組成：
6.根據權利要求5所述的溫度計，其中，所述溫度計的使用溫度范圍為0.3K-420K。
7.根據權利要求5所述的溫度計，其中，所述感溫元件由以塊材、薄片、薄膜形式的所述材料構成；
8.根據權利要求5所述的溫度計，其中，所述溫度計的電阻值為1毫歐至500兆歐。
【技術特征摘要】
1.一種高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述溫度計的感溫元件由具有以下化學式的材料組成：
2.根據權利要求1所述的高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述溫度計的使用溫度范圍為0.3k-420k。
3.根據權利要求1所述的高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述感溫元件由以塊材、薄片、薄膜形式的所述材料構成；
4.根據權利要求1所述的高熵二維材料在溫度計中的用途，其中，所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：應天平，宋伯欽，郭建剛，陳小龍，
申請(專利權)人：中國科學院物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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