Zn 摻雜對(duì) Ni-Mn-Cu-O 系 NTC 熱敏電阻的影響研究
發(fā)布時(shí)間：2018/3/22 訪問人數(shù)：2341次
Zn 摻雜對(duì) Ni-Mn-Cu-O 系 NTC 熱敏電阻的影響研究
汪洋 1，王忠兵 2， 李鳳霞 2，汶建彤 2，陳春年 2，張大偉 2
（1.南京時(shí)恒電子科技有限公司，江蘇 南京 211121；2. 合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 合肥 230009）摘要:采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備了 Ni0.5Mn2.38-xCu0.12ZnxO4(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8)系列熱敏電阻產(chǎn)品，并使用了 XRD、SEM、XPS 等表征手段考察了其晶體結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和成份。研究結(jié)果表明：隨著 Zn 含量的增加，Ni0.5Mn2.38-xCu0.12ZnxO4 固溶體的晶體結(jié)構(gòu)從立方尖晶石轉(zhuǎn)變成四方尖晶石，電阻率和 B 值呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)，老化值迅速減小。的熱敏電阻是指其電阻值隨溫度的升高而呈近乎指數(shù)減小的一類溫度敏感型電子元器件。這類電阻因具有對(duì)溫度敏感、價(jià)格低廉、響應(yīng)速度快、工作溫度范圍寬和互換性好等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了極大的發(fā)展，廣泛用于測(cè)溫、控溫、補(bǔ)償、穩(wěn)壓、遙控、流量流速測(cè)量以及時(shí)間延遲等設(shè)備中，在家電領(lǐng)域、汽車、醫(yī)療器械等領(lǐng)域被大量使用[1]。NTC 熱敏電阻其核心組成是封裝在其內(nèi)部的NTC 熱敏陶瓷，該類陶瓷通常是由若干種 3d 族過渡金屬氧化物在高溫下反應(yīng)形成的具有尖晶石結(jié)構(gòu)的一類無機(jī)功能材料。Ni-Mn-O 尖晶石作為負(fù)溫度系數(shù)(negative temperature coefficient，NTC)熱敏陶瓷的母體材料，對(duì)其研究一直深受關(guān)注。該體系的陽離子分布和導(dǎo)電機(jī)理是：Mn2+離子占據(jù)尖晶石結(jié)構(gòu)中四面體位置（A 位），Ni2+離子、Mn3+離子和 Mn4+離子占據(jù)八面體位置（B 位）；電子在位于尖晶石結(jié)構(gòu) B 位中的Mn3+離子和 Mn4+離子之間跳躍而產(chǎn)生的跳躍電導(dǎo)，其電阻率的大小同 Mn3+離子和 Mn4+離子的濃度積密切相關(guān)[2-3]。根據(jù)導(dǎo)電機(jī)理，很多研究者通過向 Ni-Mn-O體系摻入 Fe、Co、Zn、Cu、Mg、Al、Cr、Si 等元素可以獲得電學(xué)性能參數(shù)各異的 NTC 熱敏陶瓷材料體系，這些材料體系在一定的成份范圍內(nèi)和溫度下可以獲得尖晶石單相，且電阻率和熱敏常數(shù) B 值在很大的范圍內(nèi)(2000K-5000K)可調(diào)，為工業(yè)上不同電學(xué)性能參數(shù)的 NTC 熱敏陶瓷的生產(chǎn)提供了有力的配方保證[4-11]。在工業(yè)生產(chǎn)中為了獲得較低阻值的 NTC 熱敏電阻 (25°C 電 阻 率 <1000 Ω•cm) ， 通 常 需 要 使 用Ni-Mn-Cu-O 配方體系。在體系中引入 Cu 元素可以大幅降低其電阻率，但該體系制成的 NTC 熱敏電阻產(chǎn)品具有較大的老化值，而且 Cu 含量越多，老化值越大，嚴(yán)重制約了低阻值 NTC 熱敏電阻產(chǎn)品的應(yīng)用[12]。本文針對(duì) Ni-Mn-Cu-O 配方體系具有較大老化值的現(xiàn)收稿日期： 通訊作者：王忠兵 E-mail: zbwang@hfut.edu.cn 基金項(xiàng)目：安徽省自然科學(xué)基金（1208085ME85）、國(guó)家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新金（07C26213210427）、國(guó)家火炬計(jì)劃（2008GH010619）作者簡(jiǎn)介：汪洋（1961 年 4 月－），男，江蘇南京人(籍貫)，高級(jí)工程師，南京時(shí)恒電子科技有限公司總經(jīng)理，主要從事熱敏電阻的工業(yè)化生產(chǎn)和研發(fā)。E-mail: WY200201@126.com.研 究 與 試 制
象，在該體系中引入 Zn 元素，考察對(duì)該體系結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能和老化現(xiàn)象的影響。
南京時(shí)恒電子科技有限公司為中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)（CECA）理事單位、中電元協(xié)敏感元器件與傳感器分會(huì)常務(wù)理事單位，中國(guó)電源協(xié)會(huì)會(huì)員單位，《電子元件與材料》常務(wù)理事單位。公司為“國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)”，“江蘇省民營(yíng)科技企業(yè)”。建有經(jīng)江蘇省科學(xué)技術(shù)廳批準(zhǔn)的“江蘇省NTC熱敏陶瓷材料工程技術(shù)研究中心”，具有很強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力。
時(shí)恒電子是集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的民營(yíng)科技企業(yè)，產(chǎn)品有NTC熱敏電阻器、NTC溫度傳感器、PTC熱敏電阻器和氧化鋅壓敏電阻器等敏感元器件，其中NTC熱敏電阻器系列產(chǎn)品涵蓋了浪涌抑制、溫度補(bǔ)償、精密測(cè)溫、溫度控制等應(yīng)用，是國(guó)內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)熱敏電阻及其溫度傳感器的骨干企業(yè)。
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