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【“一所一人一事”展播】上天入海,感温毫厘之差护国器——新疆理化所敏感器件部攻坚队

发布时间:2023-10-30

中国科学院新疆理化技术研究所敏感器件部攻坚队从承担东方红1号人造卫星测温器件研制任务以来,六十年来一直致力于负温度系数(NTC)热敏陶瓷材料研究和器件研制,团队紧跟时代需求,传承老一辈科学家精神,凝心聚力助力“两加快一努力”,针对航天、海洋领域热敏电阻器开展基础研究及关键核心技术攻关,研发出的产品填补了国内空白,实现高水平国产热敏材料与器件的自立自强。

热敏电阻器相关技术通过军民融合,相关成果实现成果转移转化并落地中科传感(佛山)科技有限公司、中科立民(扬州)新材料有限公司,服务于国民经济主战场,主要应用于光通讯、健康医疗、智能家电、物联网,其中汽车高温传感器产品替代了日本电装公司的产品,打破了日本在该领域的技术垄断。

主要包括:1、敏感材料研究及机理探讨以锰镍氧基材料为母体,采用过渡金属离子、稀土离子混合掺杂获得多元系材料,研发的材料体系适用于制作极端环境下工作的负温度系数热敏电阻器;2、器件关键核心技术攻关:通过对敏感基元的可靠性结构设计、封装材料与封装结构的系统设计,结合电极涂覆及原位引线嵌入技术对电极制作进行优化,采用径向引线玻璃密封技术及抑制高温真空脱氧失效的“核壳”构型包覆结构,对负温度系数热敏电阻器敏感基元进行封装,研制出了耐高温真空、高温及深低温等极端环境下应用的负温度系数热敏电阻器系列产品,实现了航天领域NTC热敏电阻器的国产化。3、器件使役行为及稳定性机制研究:探讨经历不同极端环境下材料、器件的失效机制,晶格中的离子对电学性能的影响规律,阐明了极端环境对热敏电阻器使役行为及稳定性的影响机制。成功研制出G2a、MF5408、MF5604、MF5602、MF18型NTC热敏电阻及低温温度补偿热敏电阻组件,扩展了NTC热敏电阻的工作温区和应用范围,实现了热敏电阻器从高温真空环境到液氢、液氧温区的温度测量。

其中耐高温真空G2a热敏电阻器分别应用于地面试验和低轨遥感系列卫星的各个型号,且经国际查新未见国外同类型产品报道,其技术水平为国际先进。MF5408型高温热敏电阻器解决了轨控发动机在250℃~400℃无法精确测量的问题,为卫星发动机工作状态和轨道控制提供了有效的数据参数,填补了该温度范围我国星用测温热敏电阻器的空白;研制的MF5604、MF5602、MF18型低温热敏电阻器及温度补偿热敏电阻组件为我国氢、氧液体火箭发动机的发展做出贡献,解决了卫星轨控发动机点火监测问题,为卫星发动机工作状态和轨道控制提供了有效的数据参数;研制的微型玻璃密封热敏电阻器成功应用于我国科学卫星系列首发星-暗物质粒子探测卫星(悟空号)探测器的BGO量能器内置热敏电阻器后,收到了来自暗物质粒子探测卫星首席科学家常进院士的感谢信,感谢敏感器件部攻坚队为暗物质粒子探测卫星工程目标的实现做出了重要的贡献。

研制的低温、中温、高温型航天领域用热敏电阻器产品广泛应用于“北斗”系列卫星等卫星、“神舟”系列飞船、“嫦娥”探月工程、“天宫”实验室、“长征”系列火箭、天问一号、空间站梦天实验舱、空间站问天实验舱、中星6D、北京三号B星等近百余航天器等国家航天工程。

在海洋领域,研制的MF51-28、MF5W、MF5C、MF5P型热敏电阻,成功将热敏电阻的应用范围拓展到海洋领域,应用于国产XBT、CTD、温盐深剖面仪等海洋环境监测设备;其中研制的全海深条件下的海洋测温MF5W产品,实现了海洋环境监测设备XBT仪、CTD仪核心器件的国产化,打破了国外技术垄断,填补了国内空白;MF5P型热敏电阻性能指标优于美国GE公司同类产品,应用于“蛟龙”号载人潜水器等国家工程,并达到国际先进水平;研制成功用于深海温度探测的深海冷泉区缆式温度链、深海热液区缆式温度链、深海热液口温度探针三种自主知识产权深海测温装置,在2016年至2018年三次搭载“科学号”考察船在我国南海冷泉区、马里亚纳群岛、冲绳海槽热液区进行了应用测试,测温精度达到0.001℃,分辨率达0.0001℃。热液口温度探针12次下水,最深达4300米,最高测温170.03℃,测温精度达到0.01℃,为中国科学院WPOS先导专项的顺利实施做出了贡献。

敏感器件部攻坚队完成了各类国家航天及海洋工程元器件配套任务,合同履约率达100%,为航天科技集团、航天科工集团等单位配套各种型号NTC热敏电阻器,创造了可观的经济效益;同时为相关承担的航天海洋领域的重大型号工程提供了可靠的元器件保障,为加快我国从航天大国向航天强国、海洋大国向海洋强国迈进的步伐做出了不可替代的贡献。