新疆理化所负温度系数热敏电阻材料研究取得进展

2014-3-19 14:57 来源: 中国科学院
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  负温度系数(NTC)热敏电阻的主要特点是温度灵敏度高、响应快、性能稳定,还具有体积小、结构简单的优点,因此被广泛用于测温、控温、温度补偿、抑制浪涌电流等设备中。

  YCrO3钙钛矿材料由于其磁电性质,已被广泛用于高温电极、热电、磁电材料等领域。其中,正交晶系钙钛矿结构的YCr1-xMnxO3 (0≤x≤0.5)材料具有优异的电性能,被认为是潜在的NTC热敏电阻材料。然而,关于该体系材料的导电机理、离子相互作用机制等问题还没有完全解决,相关报道较少。

  中国科学院新疆理化技术研究所研究员常爱民带领其团队通过研究YCr1-xMnxO3 (0≤x≤0.5) 电性能,发现了材料电阻率随着Mn掺杂量的增大先增大后减小的电导率异常现象;通过运用缺陷化学理论结合X射线光电子能谱分析,揭示了该材料电导率异常机制。YCrO3材料为p型半导体,电阻率主要由Cr4+离子浓度决定,Mn离子作为n型掺杂剂,补偿了金属空位,导致Cr4+离子浓度降低,电阻率增大;随着Mn含量从0.2增大到0.5, Mn4+离子增多,促进了电子在Mn3+和Mn4+之间的跳跃,导致载流子浓度增大,电阻率降低。该电导机制的提出为进一步通过气氛控制、离子掺杂来设计合成新型NTC热敏电阻材料提供了理论基础。

  该研究成果已在线发表于Applied Physics Letters。研究工作得到国家自然科学基金、国家“863”课题等项目资助。

(a) YCrO3陶瓷材料Cr2p的XPS谱图; (b) YCr1-xMnxO3 NTC热敏电阻的lnρ-1000/T图