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新疆理化所NTC热敏电阻材料研究取得系列进展

2012.7.25

　　NTC热敏电阻具有测温精度和可靠性高、互换性好、易实现远程测量和控制等特点，广泛应用于稳压、温度补偿、抑制浪涌电流、温度检测以及通讯设备的远距离控制等方面。因此多年来，设计和开发新型热敏电阻材料、复合热敏材料及高温热敏电阻材料一直是热敏电阻材料领域的研究热点。

　　中科院新疆理化技术研究所敏感材料与器件课题组长期从事热敏电阻材料的研究，在新型热敏电阻材料探索、材料制备及器件设计等方面做了大量研究，取得了一系列重要研究成果。

　　该课题组针对热敏电阻材料一致性、稳定性差，精度、重复性不高，阻值漂移等问题，利用Mg2+在尖晶石结构中的灵活占位有利于抑制材料中第二相的析出，增强材料的老化稳定性，通过在Mn-Ni-Co-O三元体系掺杂Mg，降低了材料的阻值漂移，使热敏电阻具有了良好的热稳定性。相关研究成果以Effect of Mg substitution on microstructure and electrical properties of Mn1.25 Ni0.75Co1.0−xMgxO4 (0≤ x≤ 1) NTC ceramics为题，发表在Journal of Materials Science: Materials in Electronics(2012,23: 851-857)上。

　　利用尖晶石结构和钙钛矿结构材料的复合，可达到单一相结构材料所不能获得的优异电学特性，该课题组科研人员采用导电性较高的钙钛矿结构的LaMnO3材料，并选择与La3+半径比较接近的Ca2+进行A位取代，然后将其与较高灵敏度的尖晶石相NiMn2O4材料复合。通过调整Ca的含量、钙钛矿-尖晶石相材料的质量配比，可获得ρ25比较小(<10Ωcm)与B值较大(>2600K)的组合，有望作为抑制浪涌电流的NTC热敏电阻器。相关研究成果以Effect of CaO-doped in NiMn2O4–LaMnO3 composite ceramics on microstructure and electrical properties为题，发表在Journal of Materials Science: Materials in Electronics上。

　　新型高温热敏电阻材料的研究与开发一直是热敏电阻研究领域的热点。稀土氧化物多是高阻相的高温稳定材料，由稀土氧化物与钙钛矿型材料形成的复合材料在高温及还原性气氛环境中有良好的稳定性。常爱民研究员带领其团队采用Y2O3，CeO2与YCr0.5Mn0.5O3复合，发现该材料系列有较优异的耐高温性能。该复合材料经过复阻抗分析后，发现其电阻随温度升高而降低主要来源于晶界电阻的降低;对其微观电导研究发现，晶界弛豫行为和晶界电导是由不同的缺陷造成的，弛豫行为可能是由空间电荷的弛豫机制造成，而晶界电导是由于材料的氧空位造成。相关研究成果以Complex impedance analysis of (Y2O3+CeO2)–YCr0.5Mn0.5O3 composite NTC ceramics为题，发表在Journal of Alloys and Compounds(2012,512: 132-139)上。

　　NTC热敏电阻粉体材料的制备工艺作为提高热敏电阻陶瓷材料性能的方法，一直以来被广泛研究。该课题组采用共沉淀法制备了Fe掺杂Ni0.9Co0.8Mn1.3-xFexO4热敏电阻粉体，并通过DT/TGA, XRD, FTIR, SEM，电性能及阻抗分析仪对材料进行了表征和测试。研究表明，电阻率和B值可通过Fe的含量而调节，其有望作为宽温区热敏电阻材料而使用。相关研究成果以Preparation and characterization of Fe3+-doped Ni0.9Co0.8Mn1.3−xFexO4(0≤x≤0.7) negative temperature coefficient ceramic materials为题，发表在Microelectronic Engineering(2011, 88: 2934-2940)上。

课题组研究成果

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新疆理化所NTC热敏电阻材料研究取得系列进展

周锦帆