面向國(guó)家重點(diǎn)領(lǐng)域的關(guān)鍵需求，一些極端環(huán)境下溫度、應(yīng)變等信息的原位實(shí)時(shí)測(cè)量，是實(shí)現(xiàn)高端武器裝備、高性能發(fā)動(dòng)機(jī)在極端環(huán)境下安全運(yùn)行的重要監(jiān)測(cè)手段，對(duì)提升我國(guó)國(guó)防實(shí)力和國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力意義重大。在實(shí)際應(yīng)用中需要強(qiáng)調(diào)幾個(gè)重要的參數(shù)，如靈敏度、響應(yīng)速率、穩(wěn)定性、量程、小型化和多功能化等。目前已成功商業(yè)化的高溫應(yīng)變傳感器中，金屬應(yīng)變片由于其抗腐蝕和抗氧化性能較差導(dǎo)致傳感器的壽命和穩(wěn)定性不能滿(mǎn)足需求；光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器存在量程小、信號(hào)解耦復(fù)雜等缺點(diǎn)；SiC電容式應(yīng)變計(jì)可以在腐蝕性環(huán)境中較好地工作，但其最高工作溫度和應(yīng)變范圍有限，這些不足限制了其在極端環(huán)境中的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，研究能夠在高溫極端環(huán)境下能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變測(cè)量的小型化傳感器充滿(mǎn)了挑戰(zhàn)。聚合物先驅(qū)體陶瓷(PDCs)具有優(yōu)異的高溫半導(dǎo)體特性、壓阻效應(yīng)、抗氧化和耐腐蝕性能，在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微傳感器、涂層等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，基于液態(tài)的聚合物前驅(qū)體，可以簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)地制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的PDCs。因此，PDCs可能是制造具有優(yōu)異性能的高溫極端環(huán)境應(yīng)變傳感器的有力候選者。本文中利用聚合物先驅(qū)體SiCN陶瓷制備了多功能、小型化、寬量程的溫度應(yīng)變一體化傳感器，利用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成功解決了溫漂效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高溫極端環(huán)境下同時(shí)對(duì)溫度和應(yīng)變的精準(zhǔn)測(cè)量。
圖1. (a) 實(shí)驗(yàn)流程圖；(b)、(c)力學(xué)仿真和理論計(jì)算結(jié)果；(d)、(e) 傳感器測(cè)試平臺(tái)如圖2、3、4所示，該團(tuán)隊(duì)制備了可在室溫至1000 ℃溫度范圍內(nèi)工作的全致密PDCs應(yīng)變-溫度一體化高溫極端環(huán)境傳感器，具有超快響應(yīng)速率、高靈敏度和超大量程的應(yīng)變傳感器，測(cè)量溫度達(dá)到1000 ℃。
圖2. 室溫環(huán)境應(yīng)變傳感器性能測(cè)試：（a）不同熱解溫度下SiCN陶瓷電阻變化率ΔR/ΔF；（b）電阻變化率隨應(yīng)變的變化趨勢(shì)；（c）傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線；（d）在相同應(yīng)變速率、不同應(yīng)變值下的響應(yīng)；（e）不同應(yīng)變值下循環(huán)保載測(cè)試；（f）在相同應(yīng)變值、不同應(yīng)變速率下的響應(yīng)；（g）-（j）傳感器循環(huán)穩(wěn)定性、響應(yīng)速率測(cè)試。
圖3. 高溫環(huán)境下應(yīng)變傳感器性能測(cè)試：（a）、（b）應(yīng)變傳感器620 – 1000 ℃動(dòng)態(tài)應(yīng)變響應(yīng)測(cè)試；（c）1000 ℃保載測(cè)試；（d）1000 ℃循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試。
相關(guān)工作以題為“A strain-temperature integrated polymer-derived SiCN ceramic high temperature sensor with wide-range and ultra-short response time”的研究性文章發(fā)表在《Advanced Functional Materials》。碩士研究生楊猛猛，馬超副研究員為共同第一作者，邵剛教授為論文通訊作者。該研究受到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、河南省優(yōu)秀青年科學(xué)家基金、河南省高校科技創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目資助。原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202400400邵剛，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家萬(wàn)人計(jì)劃青年拔尖人才、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家；獲中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)、中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)青年科技獎(jiǎng)、中原青年拔尖人才、河南省高校科技創(chuàng)新人才以及鄭州大學(xué)青年拔尖人才；兼任中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)特種陶瓷分會(huì)青年工作委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)工程陶瓷分會(huì)理事、中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)測(cè)試分會(huì)理事、中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)特種陶瓷分會(huì)理事、美國(guó)陶瓷學(xué)會(huì)會(huì)員以及Journal of Advanced Ceramics、International Journal of Applied Ceramic Technology等期刊編委。主要研究領(lǐng)域：聚合物先驅(qū)體陶瓷、高溫極端環(huán)境傳感器以及場(chǎng)輔助陶瓷制備技術(shù)等。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金（3項(xiàng)）、中央軍委裝發(fā)預(yù)研項(xiàng)目、中國(guó)航發(fā)產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目以及河南省優(yōu)秀青年基金等項(xiàng)目10余項(xiàng)。在Adv. Funct. Mater、J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Inter.、J. Adv. Ceram.、J. Eur. Ceram. Soc.以及J. Am. Ceram. Soc.等期刊上發(fā)表SCI論文200余篇，ESI高被引論文7篇，獲RSC全球top1%高被引中國(guó)學(xué)者；獲高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）二等獎(jiǎng)、中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利銀獎(jiǎng)、中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、河南省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、河南省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)；參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議20余次，受邀做主旨報(bào)告/邀請(qǐng)報(bào)告10余次；授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)，參編高等學(xué)校教材1部。
