NTC热敏陶瓷的制备与表征1.doc

NTC热敏陶瓷的制备与表征实验报告 姓 名： 学 号： 专 业：电子科学与技术 指导老师：NTC热敏陶瓷的制备与表征 关键词：NTC热敏陶瓷，成型，电学性能参数 Abstract: the experiments used to Fe2O3, Ni2O3, MnO2 as raw material was successfully achieved Mn、Fe、Ni、Cu different proportions ceramic thermal NTC. In 1250 ℃ sintering forming, from test to get the sintering ceramic electrical parameters (resistivity ρ, resistance temperature coefficient αT, material constant B) the comprehensive analysis research. Keys: ceramic thermal NTC , compresion molding , Electrical parameters 一 综述 NTC热敏电阻(Negative temperature coefficient，NTC)材料是指电阻率随温度升高而下降的材料。按使用温区大致分为低温热敏材料(4~70K), 常温热敏材料(-60~300℃), 高温热敏材料( >300℃)。 NTC热敏陶瓷材料主要是通过掺入的杂质原子而成为价控半导体如NiO是典型的金属缺位型半导体，当晶格中存在镍空位或低价外来杂质，会使Ni2+变成Ni3+离子而产生空穴电导。但导电并不是由于空穴在满带中运动的结果，而是通过在能级间跳跃进行的，即所谓跳跃式电导。 NTC热敏半导体陶瓷材料通常都是以MnO为主材料，同时引入CoO、NiO、CuO、FeO等，使其在高温下形成半反或全反尖晶石结构的半导体材料。以下分三种情况讨论其导电机理。 1）MnO中引入可变价的氧化物FO（F:过渡金属离子），经高温烧结形成尖晶石结构，其过程可作如下描述。一般认为高温下（>800oC）氧化锰可以以正尖晶石结构的O4形式存在，其结构式为Mn2+(Mn3+Mn3+)O42-。当引入FO氧化物时，部分F离子占据B位而形成半反或全反尖晶石结构，式中B位离子如果取二、三价的形式，则电导过程为： Mn2+ + F3+ ( Mn3+ + F2+ (1) 式中B位离子如果取二、四价的形式，则电导过程为： Mn4+ + F2+ ( Mn3+ + F3+ (2) 另外由于F2+与Mn3+均是变价离子，自然还应该考虑下述电导过程 ：F3+ + F2+ ( F2+ + F3+ (3) Mn4+ + Mn3+ ( Mn3+ + Mn4+ (4) 究竟那一种过程占主导地位，取决于电子交换的激活能。但一般来说，对于B位同时存在两种变价离子的情况，它们之间电子交换的激活能总是小于其它情况的电子交换激活能，因而当以此种情况为主。B位离子的电子交换决定了载流子的浓度，因而电导率随组分变化的最大点往往出现在两种组分含量相当的部位。 2）MnO中引入非变价的氧化物FO，经高温烧结同样会形成反尖晶石结构，即有部分F离子进入B位而将B位的三价Mn3+置换出来，形成下列结构：。此结构中由于B位F2+离子不变价，因而不可能发生电子交换，其电导过程只可能是由于Mn3+变价引起的。此过程可以理解为晶格中存在固有金属离子缺位及引入低价受主杂质使其产生空穴电导。电导过程可用（4）式描述。 3）含锰的三元系半导体陶瓷导电机理与二元系的相似，锰的作用是形成结构稳定的立方尖晶石或连续的固溶体。，在含锰三元体系中载流子的浓度与异价锰离子的浓度有关，即在一定范围内（小于60 mol％），材料的电导率随锰含量的增加而增加。 NTC温敏电阻的基本参数包括材料常数B值、温度系数、伏安特性、时间常数及热特性常数等。 1． 材料常数B值和温度系数α (1) 式中，R1是温度T1时的零功率电阻值；R2是温度T2时的零功率电阻值； () 显然，温度系数并非常数，随着T的升高迅速减小。 二 实 验 本实验采用了以Fe2O3、Ni2O3、MnO2、CuO为原料，第1组采用配比为制备了化学计量比为MnFeNiO4总量1g左右粉末混合物；第组Mn1-n/3