Zn掺杂对Ni0.6Cu0.5ZnxMn1.9-xO4NTC热敏陶瓷电性能的影响文献综述
2020-05-10 02:05
文献综述
1. 引言
负温度系数热敏电阻(NTC)材料是指电阻率随温度升高而下降的材料[1]。它们被广泛用于温度监测、控制、家用电器补偿、制造业、医疗和汽车工业。大多数的NTC热敏电阻由过渡态金属元素(Ni、Mn、Co、Fe、Cu等)形成具有尖晶石结构的复合金属氧化物构成,其电阻率值与温度的关系满足著名的Arrhenius关系[2-5]:ρ=ρ0exp(Ea/kT)。ρ0是温度为无穷大时的电阻,Ea是激活能,k是Boltzmann常数,T是绝对温度。它是以锰、钴、镍、铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。为了降低含铜系NTC热敏陶瓷的老化值,提高材料的稳定性,不同的金属离子被添加到含铜系NTC热敏陶瓷中,如Fe,Si,Zn等。通过在A位掺杂不变价的Zn元素可以有效的提高铜系NTC热敏陶瓷的稳定性[1]。本文以Cu离子浓度较高的Ni0.6Cu0.5Mn1.9O4为研究对象,通过掺杂Zn离子观察掺杂量及烧结温度等条件对Ni0.6Cu0.5ZnxMn1.9-xO4NTC热敏陶瓷相组成、微观形貌及电性能的影响。
2. NTC热敏电阻的历史
1932年德国首先用氧化铀制成了NTC热敏电阻,之后以氧化铜、硫化银、钛酸镁等为原料的半导体热敏电阻相继问世。但是这类热敏电阻的稳定性较差,在空气中极易氧化,为了保证其稳定的电阻率,必须在保护气氛中工作,因此这类热敏电阻的应用范围比较有限。后来在20世纪40年代Bell实验室开发出具有温度系数较大、性能稳定、一致性好的优点的陶瓷热敏电阻,这类电阻以Mn、Fe、Co、Ni等过渡金属氧化物为原料,可工作于较宽的温度(-60~300 #176;C)范围。50年代初,以Al、Mg、Er、Be等金属氧化物构成的高温(300 #176;C以上)热敏电阻相继出现。50年代后期,以过渡金属复合氧化物为主的低温热敏电阻器问世。60年代又发现以VO2 为只要材料的临界温度陶瓷热敏电阻。70年代日本又开发出具有线性阻温特性的半导体热敏电阻。这种热敏电阻应用于温度测量上更为方便[6]。
3. NTC热敏电阻的基本参数
NTC热敏电阻的基本参数包括标准电阻R25、热敏常数B、电阻的温度系数、耗散系数和时间常数等[7]。
(l)标准电阻R25(Ω)是指在25 #176;C阻值。即在规定温度下(25 #176;C),采用引起电阻值变化不超过0.1%的测量功率所测得的电阻值。
(2) 热敏常数B(K)是描述热敏电阻物理特性的一个参数,定义为:Ea/k,B值越大,灵敏度越高。
(3)电阻温度系数α(K-1)是指温度变化1 #176;C零负载时电阻变化率。
(4)耗散系数H(W/#176;C)表示热敏电阻温度升高1 #176;C时所消耗的功率。它是描述热敏电阻器工作时,电阻器与外界环境进行热量交换的一个量。
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