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电学性能分析

发布时间：2018/2/6 访问人数：1560次

电学性能分析
为了考察了 Ni–Mn–Sn–O 尖晶石结构化合物的电学性能，选取 Ni0.6SnxMn2.4–xO4系列样品作为研究对象，将其已成相的粉体等静压成型，在其成相温度 200℃以上烧结 6 h，获得致密烧结体，进行电阻
第 43 卷第 6 期王忠兵等：Ni–Mn–Sn–O 体系相组成及其在负温度系数热敏电阻中的应用 · 779 ·测量。图 5 为部分烧结体的表面扫描电子显微镜(SEM)照片。由图5 可以看出，烧结体表面显微结构十分致密，基本没有气孔存在，晶粒尺寸较大，约 10~20 μm。从高倍率放大照片可以看出，晶界层较薄，不到 100 nm，晶界处十分干净，基本无杂质富集。(a) Low magnification(b) High magnification图 5 Ni0.6SnxMn2.4–xO4 系列样品部分烧结体的 SEM 照片Fig. 5 SEM photographs of some samples forNi0.6SnxMn2.4–xO4 series
图 6 为 Ni0.6SnxMn2.4–xO4(x=0.1~0.6)系列样品在25、50 和 85 ℃时电阻率。由图 6 可以看出，所有试样都呈现 NTC 效应，电阻率随着温度的升高而呈指数性下降。表 2 为各样品 25℃时的电阻率和热敏常数 B，从表 2 可以看出，随着 Sn 元素含量的增加，电阻率呈急剧增加，B 值也保持增加的趋势，当 Sn含量增加到 0.5 时，电阻率已达到兆欧级别。对于Ni–Mn–O系尖晶石，其导电机理是电子在位于 B 位的 Mn3+和 Mn4+之间跳跃而产生的电子跳跃传导机制，因此尖晶石结构中 B 位的 Mn3+和 Mn4+浓度对其电阻率有着决定性的影响。当 Sn 元素引入
Ni–Mn–O 系尖晶石时，以 Sn4+形式进入 B 位，势必造成 B 位的 Mn3+和 Mn4+离子浓度下降，因而其电阻率也呈现相应的指数性增加。电学性能的数据同XRD 中得到的关于 Sn4+在尖晶石结构中的分布是完全一致。图6 Ni0.6SnxMn2.4–xO4(x=0.1~0.6)系列样品在25、50和85 ℃时的电阻率Fig. 6 Resistivity of Ni0.6SnxMn2.4–xO4 (x=0.1–0.6) series at 25,50 and 85 ℃表 2 Ni0.6SnxMn2.4–xO4系列样品在 25 ℃电阻率和热敏常数BTable 2 Resistivity at 25 ℃ and thermal constant B ofNi0.6SnxMn2.4–xO4Sample ρ25℃/(Ω·cm) B/Kx=0.1 5.92×1033 993x=0.2 1.318×1044 143x=0.3 3.178×1044 316x=0.4 2.005×1054 639x=0.5 4.855×1065 022x=0.6 5.383×1075 4803 结论Ni 元素含量在 15%以下时，形成四方尖晶石相。在 15%~30%之间时形成立方尖晶石相。大于30%时则易析出 NiO 相。Sn 元素的含量对成相温度有重要影响，其含量越多，成相温度越高。但当 Sn元素含量达到 30%以上时，则不能进入尖晶石结构中。Sn元素以Sn4+的形式占据尖晶石结构中的B位，会导致其热敏电阻率和热敏常数 B 值急剧增加。
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