Zn 摻雜對 Ni-Mn-Cu-O 系 NTC 熱敏電阻的影響研究
發布時間：2018/3/22 訪問人數：2316次
Zn 摻雜對 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.南京時恒電子科技有限公司，江蘇 南京 211121；2. 合肥工業大學化學與化工學院，安徽 合肥 230009）摘要:采用傳統固相反應法制備了 Ni0.5Mn2.38-xCu0.12ZnxO4(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8)系列熱敏電阻產品，并使用了 XRD、SEM、XPS 等表征手段考察了其晶體結構、微觀結構和成份。研究結果表明：隨著 Zn 含量的增加，Ni0.5Mn2.38-xCu0.12ZnxO4 固溶體的晶體結構從立方尖晶石轉變成四方尖晶石，電阻率和 B 值呈現逐步增加的趨勢，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減小的一類溫度敏感型電子元器件。這類電阻因具有對溫度敏感、價格低廉、響應速度快、工作溫度范圍寬和互換性好等諸多優點得到了極大的發展，廣泛用于測溫、控溫、補償、穩壓、遙控、流量流速測量以及時間延遲等設備中，在家電領域、汽車、醫療器械等領域被大量使用[1]。NTC 熱敏電阻其核心組成是封裝在其內部的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形成的具有尖晶石結構的一類無機功能材料。Ni-Mn-O 尖晶石作為負溫度系數(negative temperature coefficient，NTC)熱敏陶瓷的母體材料，對其研究一直深受關注。該體系的陽離子分布和導電機理是：Mn2+離子占據尖晶石結構中四面體位置（A 位），Ni2+離子、Mn3+離子和 Mn4+離子占據八面體位置（B 位）；電子在位于尖晶石結構 B 位中的Mn3+離子和 Mn4+離子之間跳躍而產生的跳躍電導，其電阻率的大小同 Mn3+離子和 Mn4+離子的濃度積密切相關[2-3]。根據導電機理，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性能參數各異的 NTC 熱敏陶瓷材料體系，這些材料體系在一定的成份范圍內和溫度下可以獲得尖晶石單相，且電阻率和熱敏常數 B 值在很大的范圍內(2000K-5000K)可調，為工業上不同電學性能參數的 NTC 熱敏陶瓷的生產提供了有力的配方保證[4-11]。在工業生產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 熱敏電阻產品具有較大的老化值，而且 Cu 含量越多，老化值越大，嚴重制約了低阻值 NTC 熱敏電阻產品的應用[12]。本文針對 Ni-Mn-Cu-O 配方體系具有較大老化值的現收稿日期： 通訊作者：王忠兵 E-mail: [email protected] 基金項目：安徽省自然科學基金（1208085ME85）、國家科技型中小企業創新金（07C26213210427）、國家火炬計劃（2008GH010619）作者簡介：汪洋（1961 年 4 月－），男，江蘇南京人(籍貫)，高級工程師，南京時恒電子科技有限公司總經理，主要從事熱敏電阻的工業化生產和研發。E-mail: [email protected].研 究 與 試 制
象，在該體系中引入 Zn 元素，考察對該體系結構、電學性能和老化現象的影響。
南京時恒電子科技有限公司為中國電子元件行業協會（CECA）理事單位、中電元協敏感元器件與傳感器分會常務理事單位，中國電源協會會員單位，《電子元件與材料》常務理事單位。公司為“國家高新技術企業”，“江蘇省民營科技企業”。建有經江蘇省科學技術廳批準的“江蘇省NTC熱敏陶瓷材料工程技術研究中心”，具有很強的研發實力。
時恒電子是集研發、生產、銷售為一體的民營科技企業，產品有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熱敏電阻器系列產品涵蓋了浪涌抑制、溫度補償、精密測溫、溫度控制等應用，是國內專業生產熱敏電阻及其溫度傳感器的骨干企業。
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